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Sistema Inteligente para Auto-parametrização em Tempo Real de

1. Direc o de corte i Direc o de corte a Tubo circular b Barra circular Tubo quadrado T TT Tiree o PIECE Tr te Tn TT 7 1013 1619 22 25 28 31 34 3 Material removido Direcgao de corte ns Direc o de corte c Tubo quadrado d Tubo quadrado rota o a 45 Figura 1 Material a retirar durante o corte 1 2 Corte com serra de disco A parametriza o do corte por arranque de apara usando uma serra de disco Figura 2 realizada atrav s da regula o da velocidade da serra velocidade tangencial e da velocidade a que esta avan a velocidade perpendicular ou velocidade de avan o Estes par metros definem a velocidade de corte estando directamente relacionados sendo necess ria uma correcta parametriza o para a obten o de um corte de qualidade No caso do valor da velocidade de avan o ser demasiado elevado em rela o velocidade da serra verifica se um arranque de material demasiado elevado por dente Desta forma causam se rebarbas no material podendo se mesmo danificar os dentes da serra Caso a velocidade da serra seja demasiado elevada em rela o velocidade de avan o ocorre um efeito de polimento o que leva ao aumento de temperatura da serra e do material a cortar e consequentemente da perda de caracter sticas de corte da serra de disco Sistema Inteligente para Auto parametriza o INTRODU O em Tempo Real de Serra Circular para
2. Interpola o Linear Filtro passa baixo Figura 33 Esquema de controlo do processo de corte Ap s o estudo em simula o das v rias metodologias escolheu se o controlador proporcional Este obteve resultados razo veis tendo apenas uma constante a ajustar e sendo assim mais pr tico em v rias implementa es do serrote autom tico A sua simplicidade torna se tamb m uma vantagem na implementa o num aut mato PLC de baixa performance A informa o do bin rio do motor da serra adquirida atrav s do driver do motor usando uma entrada analogia que garante uma aquisi o com um atraso de 2ms Este valor contem algum ru do o qual eliminado atrav s de um filtro passa baixo implementado no pr prio PLC Bs 1 Kf x Bs Kf x Bs 18 A informa o de bin rio ent o convertida atrav s da constante Kb sendo de seguida calculado o erro de bin rio em rela o refer ncia Este erro entra no controlador sendo neste caso multiplicado pela constante proporcional Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 50 A sa da ent o multiplicada pela constante da velocidade da serra ks representando assim o ajuste de velocidade em rela o velocidade m dia da serra A velocidade de avan o sofre de igual forma o ajuste sendo a sa da multiplicada pela constante de velocidade de ava
3. F2 Activa o Mordente do Tubo F3 Liberta o Mordente do Tubo F2 Activa o Mordente da Rebarba F3 Liberta o Mordente da Rebarba F2 Posiciona o Separador de Pe as em Boas Pe as para a frente F3 Posiciona o Separador de Pe as em M s Pe as para tr s F2 Faz descer o Esbarro 1 F3 Faz subir o Esbarro 1 O comportamento igual para os restantes esbarros dispon veis F2 Faz descer apertar o bloco dos mordentes para permitir a afina o F3 Faz subir alargar o bloco dos mordentes 7 2 1 3 FUN ES MANUAIS ARMAZ M O armaz m de tubos cont m o motor do alimentador plano e o motor das cintas O motor das cintas tem um bot o de controlo por detr s do armaz m que permite em qualquer altura descer ou subir as cintas do armaz m Desta forma possivel carregar o armaz m sem se necessitar de parar a m quina As fun es manuais da consola s o FONG MANDAI S ARMAZEM F Subir cintas F3 Descer cintas F1AUTO HAN F4 SAIK FUNG MANUATS gt ARMAZEM F Avancar Alim Fl F3 Recuar FiAUTOAHAN FM AlK ANEXO 2 F2 Faz subir as cintas do armazem F3 Faz descer as cintas do armazem sempre que for pressionada uma tecla com as cintas do armaz m a mover estas param F2 Faz mover o alimentador plano do armaz m para a frente F3 Faz recuar o alimentador plano do armaz m Para parar basta carregar novamente a tecla correspondente Serrote Autom tico Maquisis A20 Manual d
4. A troca da serra foi efectuada sempre que o estado da mesma se encontrava nitidamente mau ou quando a qualidade de corte n o era aceit vel para um corte por arranque de apara Tempo de N mero de Corte de Tubo some fe cortes at troca de serra Tubo circular R 100mm E 10mm Corte com velocidade constante Tubo circular R 100mm E 10mm Corte Inteligente 14 18 1000 refer ncia bin rio nominal de corte Tubo circular R 100mm E 10mm Corte Inteligente refer ncia baixo bin rio de corte Tubo Quadrado L 60mm E 20mm Corte com velocidade constante square profile L 60mm E 20mm Corte Inteligente refer ncia bin rio nominal de corte square profile L 60mm E 20mm Corte Inteligente refer ncia baixo bin rio de corte Tabela 6 Dados experimentais do processo de corte Sistema Inteligente para Auto parametriza o RESULTADOS em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 57 Em tubos circulares o corte inteligente consegue sempre uma maior eficacia pois obt m se um menor tempo de corte e uma maior dura o da serra Dependendo da refer ncia de bin rio de corte pode se diminuir o tempo de corte corte mais r pido ou maximizar a dura o da serra corte mais suave Os resultados mostram que o corte inteligente consegue sempre utilizar melhor a serra podendo esta efectuar quase o dobro dos cortes em compara o com o corte em velocidade constante Em tubos quadrados o t
5. Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 54 4 RESULTADOS Os resultados experimentais foram obtidos com a maquina em funcionamento em ciclo autom tico num ambiente industrial Assim o processo de corte foi testado durante a produ o normal efectuada pela m quina A m quina colocada em funcionamento autom tico ap s terem sido ajustados os mordentes os esbarros e ter sido carregado o armaz m da m quina com um atado de tubos A m quina p ra quando chega ao limite de pe as a produzir ou caso n o existam mais tubos no armaz m O armaz m pode ser contudo carregado durante o funcionamento da m quina pois poss vel que os tubos no armaz m inclinado n o se esgotem antes do carregamento do armaz m principal da m quina A serra de disco trocada sempre que n o se encontra em perfeitas condi es podendo o estado ser avaliado pela qualidade do corte efectuado ou pelo aumento de tempo de corte Corte de Tubo Circular dados reais 300 250 E E 3 200 e g Fs E A E 150 D 5 O ED 4 g gt D O 2 100 8 gt ES 2 oO v gt 50 binario da serra Nm velocidade da serra rpm velocidade de avan o mm min 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 tempo s Figura 37 Processo de corte dados reais Sistema Inteligente para Auto parametrizacao RESULTADOS em Tempo R
6. Corte Inteligente Programa 000004 Calcula TY COS 2 002166 P On Always ON 000005 002169 P On Always ON 000006 SQRT raio 2 ty cos 2 002171 253 13 PON Always ON ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CONTROL ROT A62 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000007 Calculo final 002174 253 13 P On Always ON Resposta do avan o mm Avan o rota o d o motor Resposta do avan o mm Avan o rota o d o motor Resposta do avan o Resposta do avan o 000008 FIM DA Rotina de c lculo da tangente 002180 mm 93 000009 ROTINA MD32 002181 o Fm 92 ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CONTROL ROT A63 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000010 Multiplica o 16x16 32 002182 P On Always ON 000011 002184 P On Multiplicador Always ON Divisor Resultado da rotina 000012 Fim da rotina MD32 002186 93 000013 Rotina de filtro FLT 002187 pe 92 ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CONTROL ROT A64 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000014 Calcular o primeiro valor 002188 253 13 P On Always ON ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CONTROL ROT A65 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000015 Calcular o segundo valor 002194 253 13 P On Always ON Ganho proporcional para o avan o Peso para a
7. De forma a permitir um controlo mais sofisticado ex Fuzzy cujo m todo possibilita um seguimento mais apertado da refer ncia seria importante usar um aut mato mais potente A altera o para um aut mato mais recente e potente pouco afectar o pre o global da m quina Seria tamb m importante incluir mais fun es de visualiza o da sequ ncia e da produ o da m quina no sistema de monitoriza o O estudo efectuado nesta disserta o aponta para formas de detectar a necessidade da troca da serra A implementa o de algoritmo que informe o oper rio da necessidade da troca de serra seria tamb m util Uma forma de melhorar o controlo do processo de corte por arranque de apara pode ser conseguida atrav s da inclus o de mais par metros A temperatura que a serra apresenta durante o processo de corte pode ser usada para ajustar a refer ncia do controlador Assim quando a temperatura da serra aumentar a refer ncia do controlador dever diminuir para que o esfor o da serra seja menor A temperatura da serra ser usada ent o para a proteger tornando tamb m o processo de corte ainda mais independente da interven o do operador Sistema Inteligente para Auto parametriza o CONCLUS ES E TRABALHO FUTURO em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 62 6 BIBLIOGRAFIA 1 W Velthuis N Brouwers Mechatronics in Assembly Machines Proc Of Mechatronics 24 26 June 2002 University of Twen
8. caso exista mais que um campo introduza o valor no teclado num rico pressione a tecla enter para validar o valor para sair do menu pressione F4 7 1 2 BARREIRA SINALIZADORA Vermelho Cont nuo Emerg ncia encravada Vermelho Intermitente Existem falhas Laranja Cont nuo Falta de perfis no armaz m do atado Laranja Intermitente A quantidade de pe as a cortar foi atingida Verde Cont nuo Bom funcionamento em modo autom tico Verde Intermitente Significa que se est em modo autom tico mas sem ter dado in cio ao ciclo ou em ciclo interrompido ANEXO 2 Serrote Autom tico Maquisis A17 Manual de utiliza o We Hire AS E SISTEMAS AUTOM TICOS S A 7 2 Modo Manual SERRATE No menu principal pode ser seleccionada a opera o autom tica ou ANGULAR ALTOMATT EO manual Corte Inteligente AUTO MANUAL Em Modo Manual s o disponiveis as seguintes opera es Fun es Manuais Mal aL Produ o Fun es RE 2 Producao Configura o Configura o fora Para navegar nos menus use as teclas num ricas de 1 a 4 FUNCOES MANDATE t Anterior E CURIE 7 2 1 FUNCOES MANUAIS Seguinte mma FUN ES MANDALS As fun es manuais est o divididas em tr s categorias t Anterior Corte ALIMENTA O 4 seguinte O uoLTAR Alimenta o Armaz m so FUN ES MANDALS As teclas 1 e 3 seleccionam e a tecla 2 entra no sub menu t Anterior ARMAS EM sesuint
9. lculos de setup s o efectuados sempre que algum par metro de corte alterado Isso acontece quando alterado o tipo de serra marca n mero de dentes di metro ou o tipo de material a cortar a os de dureza diferente a o inoxid vel materiais sint ticos ferro gusa bronze cobre lat o alum nios etc As velocidades m dias e os limites m ximo e m nimo do avan o e da rota o da serra s o calculados em fun o do tipo de material a cortar e da serra instalada na m quina Para isso usada uma tabela de valores de refer ncia para um dado tipo de material e uma dada serra ver Tabela 1 Os valores s o calculados e convertidos levando em considera o as engrenagens do cabe ote e o n mero de bits do DAC Desta forma reduzido o n mero de c lculos por ciclo quando o controlador do corte est activo Essa convers o efectuada atrav s de duas constantes Kcs convers o da serra e Kca convers o do avan o Estas constantes s o dimensionadas para que os valores possam ser representados em 16 bits permitindo o uso directo das fun es matem ticas do PLC A constante de convers o para a velocidade de rota o da serra de disco calculada da seguinte forma Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 44 1000 Cabl Kcs x 8773 T DacRs Cabl 40 375 DacRs 1 4648 rpm bit 10 CabI gt Rela
10. metro usado para o c lculo das velocidades ideais de corte No fim da lista do tipo de materiais pode se introduzir os valores de limite de velocidade da serra e do avan o serra e o avan o v o garantidamente trabalhar entre estes valores O primeiro valor o valor m nimo o segundo o valor m ximo As unidades para a velocidade da serra s o em metros por minuto No avan o s o introduzidos os mil metros x 100 de avan o por dente da serra Neste menu pode definir se o bin rio de corte para efectuar cortes mais agressivos valor mais elevado e cortes mais suaves valores menores Pode se tamb m definir os bin rios de recuo que indicam a for a de corte a partir da qual o recuo efectuado ATEN O Se o valor de bin rio de recuo for demasiado elevado o corte pode n o chegar a ser efectuado Nesse caso dever se a baixar o bin rio de recuo Este menu permite definir o tempo em que aparadeira espera em baixo Este tempo necess rio caso o processo de descarga seja mais demorado O valor introduzido em d cimas de segundo Serrote Autom tico Maquisis A23 Manual de utilizagao YE A ROH E SISTEMAS AUTOM TICOS S A 7 3 MODO AUTOM TICO O modo de funcionamento autom tico o utilizado durante o trabalho efectivo do serrote Para se colocar o serrote a funcionar automaticamente depois de estar devidamente afinado do ponto de vista mec nico e parametrizado conforme as afina es ba
11. ngulo de corte bem como de activar a refrigera o da serra Os requisitos do m dulo de corte s o os seguintes Em modo autom tico e Ter sempre o motor da serra em funcionamento velocidade m nima para o corte configurado e Iniciar o corte com a velocidade m dia do avan o e fazer o recuo com a velocidade m xima de avan o permitida pelo actuador e Tera refrigera o activada sempre que a serra esteja em movimento e Efectuar a rota o angular do corte apenas com a serra completamente recuada e Iniciar o corte apenas quando a serra se encontra com o ngulo correcto e confirmar a informa o dos sensores indutivos dos batentes e Reduzir a velocidade da rota o angular ao aproximar se do batente correspondente e Informar a posi o da serra e o estado do corte parado a cortar a recuar e Garantir que a serra se encontra atr s sempre que entra em modo autom tico e Efectuar o corte com o controlador de velocidades Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 39 Em modo manual Permitir o controlo manual da rota o angular da refrigera o e das velocidades da serra e avan o Em emerg ncia Parar os motores de avan o da serra da refrigera o e da rota o angular 3 2 2 5 Diagn sticos Este m dulo respons vel por verificar as entradas dos disjuntores dos motores bem como as vari veis d
12. o das engrenagens do cabe ote DacRs Rota es da serra por cada bit O valor da constante de convers o para a velocidade de avan o da serra invertido sendo calculado da seguinte forma 100x Cabl x pa DacRs Mavl DacRa Kca 8075 Mavl 3 pa 6 mm DacRa 14648 rpm bit 11 MavI gt Rela o da polia do motor de avan o pa Passo do fuso do avan o DacRa Rota es do motor de avan o por bit Para a serra s o calculados tr s valores que representam o valor do DAC da serra para a rota o minima e m xima que permitem a implementa o do limitador da sa da e o valor m dio de rota o sendo este usado no in cio do corte Os valores dos limites da serra s o calculados atrav s dos valores guardados na tabela de velocidades ver tabela 1 usando as f rmulas seguintes VsDACmin mes 12 VsDACmax _ 13 min vma x Kes d VsDACmed 14 Sistema Inteligente para Auto parametrizacao IMPLEMENTACAO em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 45 As velocidades guardadas na tabela sao velocidades tangenciais sendo necessario utilizar o di metro do disco da serra d de forma a converter para rota es do motor Para a velocidade de avan o necess rio saber o numero de dentes do disco da serra bem como a velocidade de rota o da serra De notar que a constante Kcs est invertida Os valores dos limites do avan o
13. 3 2 2 Requisitos de funcionamento dos modulos Os requisitos apresentados definem as fun es que cada modulo deve efectuar Os requisitos est o divididos em 3 categorias Modo Autom tico Modo Manual e Emerg ncia Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 35 3 2 2 1 Armaz m O m dulo do armaz m controla as cintas e o alimentador plano Sendo respons vel por indicar ao m dulo de Alimenta o Carga a presen a de tubo a fim de ser carregado Este deve ainda verificar se o armaz m est vazio e detectar quando os tubos encravam n o sendo poss vel assim efectuar a alimenta o Os requisitos do m dulo do armaz m s o os seguintes Em modo autom tico e Avan ar o alimentador plano sempre que n o existam tubos no armaz m inclinado e Subir cintas sempre que n o haja tubos no alimentador plano e Descer cintas e recuar o alimentador plano por algum tempo 20 segundos sempre que detecte tubos ao alto encravados e Parar de subir as cintas sempre que exista um tubo no alimentador plano ou tenha chegado a uma extremidade do movimento cintas em cima ou cintas em baixo e Parar o alimentador plano sempre que o armaz m inclinado esteja cheio ou n o hajam mais tubos no armaz m e Indicar a exist ncia de tubo no armaz m inclinado e Indicar se o armaz m est vazio e Indicar falha aquando da impossibilidade de desencr
14. Enable da alimenta o DIAG M EnableARM BOOL 16 11 Enable do armaz m DIAG M EnableCORT BOOL 16 12 Enable do Corte DIAG M MotorArmAvancOK BOOL 1 09 Motor de Avan o do armaz m plano DIAG Q LuzAmarela BOOL 100 06 DIAG Q LuzVerde BOOL 100 07 DIAG Q LuzVermelha BOOL 100 05 DIAG Q PLCOK BOOL 100 04 FLT El INT DM530 Entrada 1 FETEZ INT DM531 Entrada 2 ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis Symbols A40 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa Name Type Address V Comment FLT_P INT DM532 Peso para a E1 O peso da entrada 2 1000 FLT_P FLT_RESP INT DM534 Resposta do filtro Kav NUMBER 2 mm Avan o rota o do motor Kavc NUMBER 341 Constante que relaciona o valor introduzido pela consola para Kbn NUMBER 120 Valor doADC que representa 100 do bin rio da serra Kca NUMBER 8075 Constante que relaciona a tens o do DAC da serra o n de Kcs NUMBER 8773 Constante que traduz a velocidade de corte e di metro do dis KIniC ontrolo NUMBER 30 Indica o valor a partir do qual come a a controlar 100 KIniRecuo NUMBER 25 Inicia o recuo da serra Klpserra NUMBER 10 Numero de ticks at o disco ficar alinhado com a base KpAvanco NUMBER 1000 Ganho proporcional para o avan o KpSerra NUMBER 2000 Ganho proporcional para a serra Ksc NUMBER 21563 Convers o de rpm da serra e sa da do DAC da serra MD32 D UDINT DM516 Divisor MD32 D1 UINT DM516 Divisor MD32 D D Hight UINT DM517 Parte alta do divisor MD32 M UDIN
15. Hy us STOP Simulation STOP i ul 0A U2 0 E uss I Action Figura 4 Modelo de corte de tubo ou barra circular Usando o raio do tubo calculado o valor da rea at ao contorno exterior usando a equa o da circunfer ncia Subtraindo a espessura do tubo ao raio obt m se a rea at ao contorno interior Subtraindo a rea do contorno exterior do contorno interior obt m se o material retirado na parte superior do tubo necess rio posteriormente multiplicar por dois de forma a obter o material retirado nas partes superior e inferior do tubo Sistema Inteligente para Auto parametriza o MODELOS E CONTROLADORES em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 12 2 1 2 Modelo do corte de perfil quadrado O modelo do perfil quadrado simula o corte de tubo quadrado ou de barao de perfil quadrado se x 42 0 y a 2 e 7 se n o AS sei 42 0 S a 2 a 8 se nao SE 5 2 S mS se n o Co ida 9 x y Cy 0 Neste modelo necess rio definir o valor do lado do quadrado e a espessura das paredes do tubo No caso da espessura ser igual metade do lado poss vel simular o corte de bar es de perfil quadrado V Ml a Cutting Square tube lt 9 Side Thickness Qty not cutted Cutting interior Ea square tube ul ro u2 i E int out C6 u3 STOP Simulation STOP It ul 0 amp u2 0 amp u3 gt 0 If Action F
16. LabView usando OPC permitiu a aquisi o das vari veis de entrada e de sa da do controlador e assim facilitando a parametriza o do mesmo Os resultados obtidos usando este sistema de monitoriza o foram os esperados verificando se que apesar do seguimento da refer ncia de bin rio da serra n o ser muito estreito j se consegue observar melhorias consider veis no processo de corte O prot tipo do sistema aplicado a uma m quina industrial foi apresentado na feira EMAF 02 a qual decorreu na Exponor A m quina foi vendida no decorrer da feira sendo efectuados testes de optimiza o e de valida o do sistema j em ambiente industrial O sistema inteligente para auto parametriza o em tempo real de serra circular para corte de tubos met licos agora mais uma importante op o dispon vel no serrote autom tico de corte da empresa MAQUISIS S A Sistema Inteligente para Auto parametriza o CONCLUS ES E TRABALHO FUTURO em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 61 5 2 Trabalho Futuro A concorr ncia nas m quinas autom ticas de corte bastante forte sendo necess rio manter um n vel tecnol gico elevado a um baixo custo Considerando a diminui o do custo da m quina seria interessante usar se um motor de indu o para o avan o em detrimento do motor servo Os variadores a usar poderiam ser mais simples disponibilizando apenas a informa o da corrente do motor da serra
17. Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 31 21 Figura 24 Serrote autom tico MAQUISIS Mordentes O serrote autom tico MAQUISIS est preparado para funcionar com o m ximo de tr s esbarros permitindo assim tr s tamanhos de pe as por tubo Os mordentes t m a necessidade de ser independentes de forma a optimizar a descarga da pe a 3 1 3 3 Corte Para efectuar o corte com uma serra circular necess rio um motor que movimenta a serra motor da serra e um motor que fa a avan ar a serra motor de avan o Foi usado um motor de indu o normal para a serra sendo por isso necess rio o acoplamento de um encoder para tornar poss vel o controlo de velocidade O motor usado para o avan o do tipo servomotor Este motor garante um movimento preciso com bin rio nominal mesmo a baixas rota es O movimento de avan o conseguido atrav s de um parafuso sem fim garantindo assim rigidez e alta precis o Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 32 Motor do avanco Figura 25 Serrote automatico MAQUISIS Corte vista traseira Este serrote pode ainda efectuar cortes com dois angulos Para isso usa dois batentes que definem o ngulo de corte O motor da rota o angular de indu o ligado a um inversor Este inversor permite duas velocidades pr pro gramadas Estas velocidades permite
18. ao bin rio de refer ncia ser elevado e ao seguimento da refer ncia ser satisfat rio O bin rio m ximo da serra n o ultrapassa os 173 4 Nm Sistema Inteligente para Auto parametriza o MODELOS E CONTROLADORES em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 21 Corte com Controlador PI ref 150 sem limitador 350 300 EO E ETE E E panier asa anta ns psd bos S I 1 150 q ee eo e re Ferrer rR mma velocidade rpm mm min bin rio Nm 100 rip Tu U ey A i E L binario da serra Nm velocidade da serra rpm velocidade de avan o mm min Loo o7 tempo s Figura 14 Corte de tubo circular usando controlador PI ref 150 sem satura o de velocidade de avan o 2 3 4 Controlador Fuzzy Usando um controlador Fuzzy pretende se obter ainda melhores resultados tirando partido do conhecimento emp rico do processo de corte Integrator Derivative Fuzzy Logic Controller with Ruleviewer Figura 15 Controlador Fuzzy Sistema Inteligente para Auto parametriza o MODELOS E CONTROLADORES em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 22 Neste controlador para al m do erro entra tamb m a derivada do erro A derivada val ser usada para antecipar compensa es A sa da do controlador um incremento de velocidade sendo por isso necess rio o uso de um integrador para guardar o ajuste de velocidade Figur
19. arrastar para o primeiro corte arraste lento ALIM M QtdPe asAtingidas BOOL 16 00 ALIM M TuboAlimentado BOOL 22 03 Indica que o tubo est alimentado e espera de ser cortado ALIM M TuboCarregado BOOL 22 07 Tubo carregado ALIM M TuboNovo BOOL 16 14 Indica que se est a come ar a cortar um tubo novo ALIM M TubosAUsar UDINT BCD DM125 Tubos necess rios para a execu o do trabalho ALIM M TubosFaltaUsar UDINT BCD DM127 Tubos que ainda faltam para executar o trabalho ALIM M UltimaPeca BOOL 84 05 Indica que esta a cortar a ultima peca ALIM_M_VaiArrastarP ontalnicial BOOL 22 00 Vai arrastar para a ponta inicial ALIM_M_WorkToDo BOOL 22 06 Existe trabalho a realizar ALIM Q ActivarTrac o BOOL 101 00 Activa a trac o do tubo para o arraste ALIM Q ActMordenteRebar BOOL 101 01 Activa o mordente da rebarba ALIM Q ActMordenteTubo BOOL 101 02 Activa o mordente do tubo ALIM Q ArrastarLento BOOL 101 03 Faz o arraste lento do tubo ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis Symbols A36 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa Name Type Address V Comment ALIM Q ArrastarR apido BOOL 101 04 Faz o arraste rapido do tubo ALIM Q DescerEsbarrol BOOL 101 06 Desce o esbarro 1 ALIM Q DescerEsbarro BOOL 101 07 Desce o esbarro 2 ALIM Q DescerEsbarro3 BOOL 101 08 Desce o esbarro 3 ALIM Q MotorAjusAlargar BOOL 101 12 Faz apertar o ajuste ALIM Q MotorAjusApertar BOOL 101 11 Faz apertar o ajuste ALIM Q SeparadorMas BOOL 101 09 Muda
20. baixa visto que a alimenta o do tubo a cortar efectuada de uma forma manual A m quina de corte autom tico usada quando se pretende efectuar grandes quantidades de pe as pois a alimenta o dos tubos e o processo de corte s o autom ticos Tradicionalmente as m quinas de corte autom tico de tubos usam velocidades de corte constantes A velocidade de corte varia em fun o do tipo de serra do material a cortar e ainda da forma deste Por conseguinte necess rio parametrizar a velocidade de corte para o pior caso O funcionamento da m quina necessita de um oper rio especializado com constantes interven es causadas pela altera o do material a cortar ou mesmo devido ao desgaste da serra de corte Uma incorrecta parametriza o pode facilmente causar problemas de desgaste na m quina ou por outro lado afectar o rendimento da mesma O trabalho correspondente a esta disserta o foi efectuado na empresa Maquisis Sistemas e Automa o S A com o intuito de melhorar a performance do processo de corte de uma m quina de corte autom tico Sistema Inteligente para Auto parametriza o INTRODU O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 1 A Maquisis S A foi fundada em Janeiro de 1991 para desenvolvimento e fornecimento de solu es na rea da automa o Dos v rios produtos dispon veis destacam se m quina de corte autom tico de tubos e perfis met licos m quinas de d
21. com Controlador Proporcional ref 120 KELET ETTET SESE EH ESSE HEHEHE TTT T TETTIE TETTETETT CRC TE Seeecereeeee velocidade rpm mm min bin rio Nm 1 refer ncia Nm bin rio da serra Nm velocidade da serra rpm Velocidade de avan o mm min 7 5 tempo s Figura 9 Corte de tubo circular usando controlador proporcional ref 120 O binario maximo da serra apresenta o valor de 155 3 Nm sendo o corte efectuado em 11 10 segundos Pode se verificar que o binario registado na altura em que o corte se encontrava no meio do tubo bastante baixo Esse facto deve se a satura o do ajuste da velocidade da serra que dessa forma impediu o seguimento com menor erro da refer ncia A satura o da velocidade da serra necess ria para impedir o efeito de polimento provocado por uma velocidade da serra elevada Contudo a limita o da velocidade pode ser tamb m causada devido s pr prias limita es da m quina Pode se concluir que quanto maior for o valor do bin rio de refer ncia menor ser o tempo de corte Sistema Inteligente para Auto parametriza o MODELOS E CONTROLADORES em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 18 Corte com Controlador Proporcional ref 150 250 150 AAA SSS FPS A A A A A ee A A A A A A A A o RAR SR AR A SERRER velocidade rpm mm min bin rio Nm 50 refer ncia Nm bin rio da serra Nm velocidade da serra rp
22. correspondente em fun o dos par metros de setup Essas velocidades mant m se fixas at que o bin rio da serra Bs suba acima de um valor que activar o controlador do corte Bcc Desta forma evita que o controlador comece a acelerar devido aus ncia de material a cortar A detec o do fim do corte evita a necessidade de ajustar um fim de curso diminuindo o tempo de setup da m quina e assim aumentar a produtividade Permite tamb m maximizar o tempo de corte aquando de cortes com ngulos diferentes e alternados pois nesta situa o a serra ter que avan ar mais ou menos dependendo do ngulo de corte A detec o do fim do corte conseguida atrav s da leitura e compara o entre o bin rio da serra e um threshold de fim do corte Bfc Caso o bin rio da serra esteja abaixo do bin rio do fim do corte durante mais de 1 segundo o corte est conclu do A temporiza o de 1 segundo necess ria para evitar falsas detec es do fim do corte Os thresholds din micos s o calculados usando dois thresholds fixos e o valor do bin rio da serra em vazio Esse c lculo efectuado no primeiro estado da sequ ncia de corte corte parado Corte Bce Bs Bcc Bce Tcc Bfc Bce Tfc Parado IDLE Ordem de inicio Inicio do corte Va Va med Soft Start Vs Vs med Bs gt Bce Binario da serra gt Threshold Ini cio de corte Corte Va Va Saida do controlador Contr Activo Vs Vs Saida do
23. cutting torque has two peaks one at the beginning and another one at the end of the cut with a mid dle region characterised by low torque requirements In Figure 4 the required torque for cutting is constant There fore the position of cutting of a profile is not indifferent Actually the position shown in Figure 4 is the most appro priate for constant velocity cutting off However it is not always possible to get the optimal cutting position due to mechanical limitations of the cutting off machine Square Pipe Profile Cutting Mater ial Cutting Direction Fig 4 Square pipe cutting at 45 A Cutting off using a circular saw The cutting off process using a circular saw show in Figure 5 depends on two factors namely the angular saw disc velocity tangential velocity and forward saw disc ve locity perpendicular velocity These two parameters are ANEXO 1 closely related and need to be properly set up in order to assure a good quality cutting off If the forward velocity is to fast relatively to the angular velocity it will cause a too high pull off of material by each saw tooth which in turn causes damage to the teeth and a low quality cutting off On the opposite if the forward velocity is too slow a pol ishing effect 1s obtained Consequently greater heating of the pipe and saw occur originating changes on the charac teristics of the material to be cut as well as the characteris tics
24. de Tubos Met licos 40 e A luz amarela deve ficar acesa quando n o existem mais tubos no armaz m Esta deve tamb m piscar se a produ o da s rie chegou ao fim e A luz vermelha deve acender sempre que o bot o de emerg ncia activado e deve piscar no caso de ser detectada alguma anomalia na m quina e A sa da do aut mato PLC OK deve ser desactivada aquando da detec o de um problema interno do aut mato bateria da eeprom baixa erro no tempo de ciclo mem ria corrompida run time error e Activar a sa da de falha e codific la para posterior informa o 3 2 2 6 Consola Este m dulo respons vel por fazer o interface com o utilizador Assim a navega o dos menus as valida es dos dados introduzidos bem como os c lculos necess rios na altura da introdu o de dados s o efectuados neste m dulo Alguns dados s o tamb m calculados para permitir a sua correcta visualiza o As mensagens de avaria s o de imediato apresentadas n o dependendo do menu onde se encontra o utilizador O utilizador pode navegar por todos os menus estando estes organizados em menus de fun o manual m quina em modo manual e menus de fun o autom tica m quina em modo autom tico Em modo manual o utilizador pode actuar em todos os movimentos da m quina configurar as quantidades que pretende produzir e configurar o setup da m quina tipo de serra tipo de material entre outros Em modo autom tico o ut
25. de programa o num aut mato PLC e uma f cil parametriza o O controlador proporcional mostrou nas simula es efectuadas um comportamento previs vel e de efici ncia aceit vel 3 1 Serrote autom tico MAQUISIS O serrote autom tico MAQUISIS foi concebido para efectuar cortes com a possibilidade de altera o do ngulo de corte Figura 18 em tubos ou perfis de v rios di metros Este permite tamb m efectuar cortes em pe as de v rios comprimentos Ap s ter sido definido o comprimento de corte pretendido o serrote executa automaticamente o ciclo de corte com rejei o das pontas iniciais e finais do tubo Para esse efeito disp e de um sistema separador que faz cair as pe as boas para um dos lados da m quina lado do operador e as pontas de tubo para o outro lado lado de tr s da m quina A afina o do comprimento de corte pretendido bastante simples de se efectuar podendo em caso de necessidade fazer se um ajuste fino Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 26 Lodo E UT E CE E o SS SOC DD Figura 18 Cortes poss veis no serrote autom tico de corte angular Maquisis O disco de serra refrigerado e lubrificado atrav s de um sistema de encaminhamento directo l mina As limalhas resultantes do corte bem como o flu do de corte s o encaminhados atrav s de um esgoto directamente para o dep sito da
26. dente A Va VsxZx Az mm min 2 Usando estas express es o oper rio tem uma ideia da grandeza da velocidade Contudo o valor tem que ser ajustado ao formato do material sendo necess rio garantir a rela o entre a velocidade de avan o e a velocidade angular 1 3 Estado de Arte Nas m quinas de corte por arranque de apara com serras circulares s o disponibilizados os controlos de velocidade da serra e do avan o Estas parametriza es s o efectuadas pelo oper rio As m quinas n o t m qualquer sensor que possa ser usado para o controlo das velocidades trabalhando assim em malha aberta Na Europa existem v rios fabricantes de serrotes autom ticos como por exemplo Stark spa Italia BEWO BV Alemanha OMP di Dalla Vecchia Italia Adige Sala spa It lia Pedrazzoli IBP spa Italia e MAQUISIS Sistemas e Automa o S A Destas empresas a Adige a que apresenta o serrote com maior avan o tecnol gico tentando minimizar a interven o do operador Esta solu o baseada num aut mato program vel que permite m quina autonomamente auto parametrizar os par metros de corte velocidade de corte avan o de corte e alimenta o da barra de metal a cortar Este processo de decis o realizado com base nas caracteristicas do material a cortar e nas da serra introduzidos pelo operador Contudo durante o corte as velocidades mant m se constantes Tipicamente usado um motor de indu o para mover o
27. desenvolvido pela serra Tendo em vista os objectivos apresentados pretende se tornar o corte independente das diferentes sec es de tubos ou barras mantendo se sempre nas condi es ideias de funcionamento Pretende se tamb m eliminar a necessidade do ajuste dos fins de curso e permitir diminuir o tempo de configura o da m quina A implementa o da solu o proposta nos objectivos foi efectuada num serrote autom tico de corte angular de tubos met licos MAQUISIS A respectiva programa o foi orientada para um aut mato PLC de baixo custo o que permitiu a imediata comercializa o da aplica o industrial Para cumprir os objectivos acima descritos efectuou se uma pesquisa das m quinas autom ticas com o objectivo de analisar as v rias t cnicas adoptadas no processo de corte pelas v rias marcas Posteriormente fez se uma observa o do processo de corte em m quinas manuais e autom ticas com o objectivo de verificar o funcionamento da metodologia de corte por arranque de apara e de tornar poss vel a implementa o de um modelo que permitisse simular o processo de corte As simula es do processo de corte foram efectuadas com o objectivo de seleccionar o controlador a adoptar Ap s a escolha do controlador foi necess rio alterar o serrote autom tico Maquisis munindo o de sensores e actuadores necess rios e remodelando todo o seu software criando assim um prot tipo funcional Um sistema de monitoriza
28. disco da serra existindo uma redu o mec nica entre estes Para actuar o motor usado um inversor que permite a varia o da velocidade Este necess rio para permitir o corte de v rios tipos de material e ou o uso de v rios tipos de serra Sistema Inteligente para Auto parametriza o INTRODU O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 6 Para actuar no avan o v rias solu es s o usadas Algumas usam um pist o pneum tico podendo a velocidade de avan o ser regulada atrav s da abertura da L v lvula de entrada de ar Esta solu o usada com frequ ncia pois o pist o permite absorver picos de bin rio que possam aparecer durante o avan o do corte Outra solu o o uso de um parafuso sem fim acoplado a um motor el ctrico Esta solu o permite o controlo rigoroso da velocidade de avan o bastando actuar no driver do motor Mat _ s ra E ail Figura 3 Motor redu o mec nica e serra De forma a controlar o movimento de avan o estas m quinas usam dois fins de curso Umas usam fins de curso de contacto outras usam fins de curso indutivos ou de feixe de luz Em todas as m quinas um dos fins de curso define a posi o inicial da serra tendo este que ser ajustado sempre que instalada uma serra com di metro diferente da anterior O outro fim de curso define o avan o m ximo da serra permitindo determinar o fim do corte Este tem que ser ajustado s
29. do motor de avan o a informa o obtida atrav s de um resolver do servo motor O valor das sa das actualizado em cada 2 ms 3 3 2 Actuadores Total 1 40 3 5 Figura 29 Engrenagens do cabe ote da serra O motor da serra est acoplado a uma engrenagem de rodas dentadas A roda motora tem 16 dentes e a roda movida tem 34 Acoplado roda movida encontra se um parafuso sem fim e uma roda de coroa com 19 dentes Este cabe ote apresenta uma rela o de transmiss o de 40 375 O motor da serra trif sico de indu o com 4kW de pot ncia com uma velocidade nominal de 1420 rpm e alimentado a 230 400V 50Hz Este motor controlado por um inversor SEW que garante o controlo de velocidade e permite o funcionamento do motor a uma velocidade superior nominal com menores bin rios Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 43 passo 6 mm avan o Figura 30 Sistema mec nico para o movimento do avan o O motor de avan o est acoplado a um sistema de polia com uma roda motora de 12mm e uma roda movida de 36mm resultando numa rela o de 3 para 1 Um fuso com um passo de 6 mm est acoplado roda movida Neste sistema a cada 3 rota es do motor o cabe ote da serra avan a 6 mm O motor do avan o do tipo servo motor com 2 2kW de pot ncia e uma velocidade nominal de 3000 rpm 3 3 3 C lculos de Setup Os c
30. esta deve ser desmontada dividir o Grupo de Corte do Grupo Armaz m de Carga Para elevar a m quina deve se utilizar um empilhador que suporte cada um dos Grupos pela base Deve se evitar choques bruscos que provoquem o desafinamento e empeno da mesma e ou danifica o dos sistemas el ctricos electr nicos 6 2 LIMPEZA A limpeza das superf cies n o pintadas pode ser efectuada com um tecido embebido em petr leo N o usar acetona gasolina ou outro produto semelhante Em seguida proteger as superf cies com um lubrificante 6 3 LIGA O EL CTRICA A m quina deve ser ligada a uma instala o de corrente alterna trif sica de 400 Volts com fio de terra e neutro com capacidade para 16A A sec o do fio dever ser de 6mm Deve disponibilizar se uma protec o diferencial ajusante individual para esta m quina A liga o da m quina d se pela liga o do disjuntor de entrada e pela comuta o do seccionador lado esquerdo do painel de comando 6 4 LIGA O DO SISTEMA PNEUM TICO A liga o pneum tica efectuada atrav s da unidade de manuten o do ar comprimido A fonte de ar comprimido deve possuir as seguintes caracter sticas Press o 6 Bar Caudalaprox 100 Litros Minuto ANEXO 2 Serrote Autom tico Maquisis A15 Manual de utiliza o We A Heir AS E SISTEMAS AUTOM TICOS S A 7 INSTRU ES DE FUNCIONAMENTO 7 1 PAINEL DE COMANDO O painel de comando a interface de comunica
31. lateral da serra O perfil definido por duas fun es de superf cie Se x superf cie exterior S x superf cie interior Subtraindo a superf cie exterior interior calcula se o material a retirar Este c lculo efectuado apenas numa das partes sendo necess rio multiplicar por dois para se obter o valor total de material Esse valor ent o convertido para bin rio atrav s da constante kK B K x2 S x S x dx 3 As sa das de valores de geometria permitem desenhar o perfil do tubo quando as velocidades de entrada s o constantes Desta forma poss vel validar a geometria do tubo no modelo A determina o do fim de corte permite efectuar a simula o apenas durante o tempo necess rio Sistema Inteligente para Auto parametriza o MODELOS E CONTROLADORES em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 11 2 1 1 Modelo do corte de perfil circular Neste modelo Figura 4 pode se simular o corte de tubo circular ou de barao de perfil circular Este modelo usa a equa o da circunfer ncia calculando apenas a parte positiva da raiz x y raio 4 Raio x 5 S Raio Espessura x 6 Este modelo necessita do valor do raio do tubo e do valor da espessura da parede do tubo No caso do valor da espessura do tubo ser igual ao valor do raio do tubo poss vel simular o corte de bar es circulares Raig Espessura Cutting Interior ul il
32. limalha Neste dep sito a limalha decantada e o flu do de corte passa para o dep sito principal O armaz m permite que seja carregado um atado de tubo ficando a partir da preparado para funcionar em modo autom tico sem necessidade de interven o directa do operador O serrote autom tico possui um painel de comando que lhe permite controlar todas as opera es de funcionamento quer seja em modo manual ou autom tico A programa o dos cortes efectuada atrav s da consola integrada no painel de comando Pode se definir o n mero de cortes pretendidos bem como o n mero de pe as que se v o aproveitar em cada tubo poss vel ainda definir o comprimento da ponta inicial que vai rejeitar caso isso seja necess rio Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 27 3 1 1 Caracteristicas tecnicas As caracteristicas principais da maquina sao apresentadas no quadro seguinte Caracter sticas t cnicas O Z O O T O Pot ncia do motor da serra 65kW S Pot ncia total 6 5 kW Tabela 4 Caracter sticas t cnicas do serrote autom tico Maquisis 3 1 2 Disposi o da m quina Armaz m Alimenta o e cote Descarga dd Figura 19 Disposi o do serrote autom tico Maquisis Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 28 3 1
33. o com a m quina Localiza se na parte frontal da m quina e encontra se fixo atrav s de um bra o estrutura da m quina HE AUTO Bo AL NO Grupo Utiliza o Fun o L1 Sinalizador Acesa M quina sob tens o Apagada M quina desligada Sinalizador Acesa Botoneira de emerg ncia encravada M aa A piscar Existem falhas Botoneira Acesa M quina desactivada Activar n luminosa Apagada M quina activada Quando pressionada provoca a paragem A B Botoneira imediata da m quina Para desencravar rodar para a esquerda OOOO A o o Bot o de Fun o Selecciona modo Autom tico Manual o FPR Bot o de Fun o Em Autom tico d In cio Fim de Ciclo Bot o de Fun o Em Autom tico faz Subir Descer as cintas do armaz m Oooo FP o o Bot o de Fun o Menu anterior quando indicado 7 1 1 CONSOLA NTI IS A consola dispon vel no painel da m quina permite executar as seguintes opera es 1 Execu o de todos os comandos manuais 2 Parametriza o do ciclo autom tico 3 Sinaliza o de falhas 4 Contagem de pe as cortadas por cortar ANEXO 2 Serrote Autom tico Maquisis A16 Manual de utiliza o We A Here AS E SISTEMAS AUTOM TICOS S A Para navegar nos menus basta seguir as indica es que aparecem no cran usando as teclas num ricas correspondentes 1 2 3 e 4 Nos menus de introdu o de valores seleccione com as dlas verdes o campo que deseja
34. o foi criado para permitir visualizar os par metros do processo de corte facilitando a parametriza o e verificando assim o desempenho do controlador usado Sistema Inteligente para Auto parametriza o INTRODU O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 8 1 5 Organiza o da Disserta o Com o objectivo de enquadrar o tema desta disserta o o capitulo 1 constitui uma introdu o ao trabalho realizado indicando os seus objectivos bem como o contexto em que foi realizado O cap tulo 2 apresenta o estudo do processo de corte por meio de simula es e do desempenho de alguns algoritmos de controlo com o objectivo de se adquirir um conhecimento mais profundo do processo O cap tulo 3 descreve em pormenor o trabalho realizado descrevendo o serrote autom tico de corte de tubos o software implementado e o controlador de corte inteligente Neste cap tulo ainda descrito o sistema de monitoriza o do processo de corte No cap tulo 4 s o apresentados os resultados obtidos no processo de corte com a m quina j em ambiente industrial No cap tulo 5 s o apresentadas as conclus es deste trabalho sendo apontadas algumas sugest es para trabalho futuro podendo estas ser efectuadas sobre o trabalho j desenvolvido Sistema Inteligente para Auto parametriza o INTRODU O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 9 2 MODELOS E CONTROLADORES De form
35. o separador para a posi o das pe as m s ALIM Q SubirAlavanca BOOL 101 10 Sobe a alavanca de alimenta o do tubo ALIM Q SubirAparadeira BOOL 101 05 Desce a aparadeira ALIM S O0ldle BOOL 25 00 M quina parada ALIM S 01Ciclolni BOOL 25 01 Ciclo de inicializa o ALIM S O2notused BOOL 25 02 Carrega o tubo do armaz m ALIM S 03Separa oDePe as BOOL 25 03 Separa o de pe as ALIM S 04ArrastaTubo BOOL 25 04 Arrasta 0 tubo para a posi o do esbarro correspondente ALIM_S_05Corte BOOL 25 05 Corta o tubo ALIM S O6Descarga BOOL 25 06 Descarrega o tubo ALIM S 15Emergencia BOOL 25 15 M quina desactivada ALIM_S_States UINT 25 Variavel que cont m os estados ALIM_S_WD01Ciclolni BOOL 24 01 WD Ciclo de Inicializa o ALIM_S_WD02CarregarTubo BOOL 24 02 WD Carrega o tubo do armaz m ALIM S WD03Arrastelnicial BOOL 24 03 WD Arrasta o tubo para o corte inicial ALIM S WD04ArrastaTubo BOOL 24 04 WD Arrasta o tubo para a posi o do esbarro correspondente ALIM_S_WD05Corte BOOL 24 05 WD Corta o tubo ALIM_S_WD06Descarga BOOL 24 06 WD Descarrega o tubo ALIM_T_TIMArraste BOOL TIMO11 Timer do arraste ALIM T TIMArrasteN NUMBER Ji Timer que indica o tempo de arraste ALIM_T_TIMWDog BOOL TIM010 Watch Dog do alimentador ALIM_T_TIMWDogN NUMBER 10 Watch Dog do alimentador ARM B ODesliga BOOL 82 00 Desliga a ordem de movimento ARM B 1Liga BOOL 82 01 Liga a ordem de movimento ARM B State UINT 82 Estado da ordem parar as cintas ARM C TubosAlto NUMBER 2 Cont
36. of about 30 cutting time can be achieved It is also possible to control the hardness and softness of the cutting mode On one hand the higher the reference torque the smaller PI Controlar cutting off ref 120 velocity rpm mm min torque Nm E a a eos reference SW LONE saw velocity forward velocity time 5 Fig 13 PI controller cutting off ref 120N m FUZZY Controller Cutting off ref 120 reference saw torque saw velocity forward velocity velocity rpm mm min torque Nm time s Fig 14 Fuzzy controller Cutting off ref 120 N m the cutting time will be On other hand the machine and the saw get higher wear The accumulated error can determinate the best control ler to be used However limitations on the actuators can limit the controller performance Therefore a control method must always be chosen based on the maximum A7 value of the saw torque N m s Constant Velocity Without control ler Controller l PI Controller Fuzzy Controller Table 2 Controller results IV EXPERIMENTAL RESULTS Experimental results were acquired with the machine working in automatic cutting cycle in a industrial environ ment Process monitoring is carried out using an OPC Server that permits the connection from a PLC to a personal com puter PC The parameters downloaded were the saw velocity the forward velocity and the saw torque Tube Cutt
37. real de serra circular para corte de tubos met licos As m quinas tradicionais de corte por arranque de apara de tubos met licos usam uma velocidade constante de corte Este modo de funcionamento em conjunto com os diferentes perfis de tubos exp e a serra de corte a for as vari veis Estas for as vari veis contribuem para uma m qualidade de corte e um maior desgaste na serra Assim O processo parametrizado tendo em conta as piores condi es que ocorrem na serra e na m quina Usando um algoritmo de controlo de forma a ajustar a velocidade de corte em fun o do esfor o da serra poss vel obter um corte mais r pido e eficiente A solu o proposta baseou se na implementa o num serrote autom tico de um sistema de corte inteligente controlado por um aut mato industrial com o objectivo de se obter um sistema de imediata comercializa o Foi ainda implementado um sistema de monitoriza o do processo corte usando LabView e OPC Object Linking and Embedding for Process Control ABSTRACT The growing need in machines and industrial processes increasing productivity and efficiency leads to the appliance of more sophisticated techniques which are possible due to computer control technologies In the shred extract cutting off using a real time control it is possible to adapt the cutting off parameters in order to obtain more productivity more efficiency and a better cutting off quality Thi
38. saw torque reference circular profile R 100mm E 1 0mm intelligent cutting off low saw torque reference square profile L 60mm E 20mm standard cutting off square profile L 60mm E 20mm intelligent cutting off nominal saw torque reference square profile L 60mm E 20mm intelligent cutting off low saw torque reference Table 3 Saw cuts per saw disc V CONCLUSIONS AND FUTURE WORK This control system was implemented in a commercially available industrial cutting off machine The controller runs on a PLC because cost reliability and safety are a major issue With a simple Proportional Integral PI controller much better cutting quality 1s achieved with lower cycle time lower wear of the saw disc and machine As an exam ple a typical cut of a hollow metal tube using a traditional cutting off machine takes about thirty seconds With a sim ple PI controller cycle times are reduced to twenty seconds with less wear of saw disc and machine Further less disc changes are required as they last longer Also cutting off machine set up time parameters configuration is minimized due to among other factors the automatic detection of when the material has been com pletely cut Process monitoring is carried out using an OPC Server Currently other alternatives to the PI controller are be ing implemented and tested in order to compare results VI REFERENCES 1 W Velthuis N Brouwers Mechatronics in Ass
39. several simulations were carried out using always the same simulation parame ters A simulation of a cutting off operation of a pipe with 110mm of radius and 10mm wall was performed and its results are presented in this paper The main objective of theses simulations is the analysis of the cutting time and applied saw torque The maximum value of the saw torque is very important because it allows the identification of the best controller The simulation was intended for a machine with an ideal cutting saw torque of 120 Nm 20 B Cutting using constant velocity Conventional cutting off control is performed in open loop mode These cuts are made at predefined constant ve locities Therefore the applied saw torque variations de pend on the shape position and material to be removed 9 In this simulation saw torque maximum values are o Al pe E 150 3 I i Guti VS B Rel jp Simbata W Vel o Control Maeihod Ka Ram VA Espessura Forward Vel Va avg Saturation Cutting Tube Stop Simulation 4 75 A E Clock Cutting Time Fig 10 MatLab Simulink model of the cutting off controller Velocity rom mm min torque Nm velocity rpm mm min torque Nm above 185 2 Nm however most of the time saw torque val ues are quite low around 100 Nm The cutting time is proximately 17 5 seconds C Proportional controller cutting off Using a Proportional controller see Figure 12 the variations of the
40. 000002 Dados para acos at 1200N mm 002082 253 15 MOV P First Cycl First Cycle F 0003 DM211 000003 Dados para acos inoxdaveis 002087 253 15 MOV P First Cycl First Cycle F 0002 DM215 ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CORT_Tabelas A48 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000004 Dados para ferro gusa 002092 253 15 MOV P First Cycl First Cycle F 0003 DM219 000005 Dados introduzidos pelo utilizador 002097 253 14 MOV P Off Always OFF 0004 DM223 ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CORT Tabelas A49 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000000 Simular o movimento de rota o 001876 253 14 45 03 DIFU 13 P_Off CORTSO 70 04 Always OFF A recuar ap 70 04 22 01 11 ALIM M Po 22 01 lndica a posi o a cor Indica que p ALIM_M_P itar 22 01 ALIM_M Po Indica que p 000001 Actualiza os valores dos tresholds de inicio de controlo e recuo 001885 CORT S 0 Ciclo de inici 000002 Temporizar os batentes da rota o 001888 0 10 TIM CORTI Po 008 Posi o di 5 0 11 CORT Po Posi o ae ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CORT OUTPUTS A50 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000003 Rota o angular para a esquerda 001891 45 00 17 02 17 03 48 04 TIMOOS CORTS 0 CON M Sta CON M Aut CON M Ro TempBatRot Estado de R mod
41. 3 Descri o do hardware da maquina O serrote autom tico pode ser dividido em varios m dulos tais como e Armaz m e Alimenta o e Corte e Descarga Cada um desses m dulos tem uma fun o espec fica contribuindo assim para o trabalho a efectuar pela m quina sendo este descritos de seguida 3 1 3 1 Armaz m No armaz m da m quina colocado um atado de tubos sendo estes posicionados numa rampa estando assim preparados para o arraste e corte O seu posicionamento conseguido atrav s da eleva o de umas cintas que fazem cair os tubos num alimentador plano Alimentador plano Figura 20 Serrote autom tico MAQUISIS pormenor do Armaz m As cintas sobem e descem enrolando ou desenrolando num carrinho que est acoplado a um motor via uma corrente met lica Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 29 Existem v rios sensores indutivos que permitem verificar a presen a de tubos no alimentador plano a detec o de tubos encravados a presen a de um tubo pronto para arrastar e a quantidade de tubos no alimentador inclinado indicando assim se este se encontra cheio Como complemento existem ainda dois fins de curso que permitem verificar as posi es extremas das cintas cintas em cima ou cintas em baixo Armaz m inclinado Figura 21 Serrote autom tico MAQUISIS Armaz m armaz m inclinado O arm
42. 5 03 CORT S 0 A recuar ap 000008 Motor da Serra 001941 45 00 17 02 17 03 48 02 100 10 Activa motor da serra CORT S 0 CON M Sta CON M Aut CON M Act CORTQA Estado de R modo autom Manual Acti Activa Motor 45 01 CORTSO Ciclo de inici 45 02 CORTSO Avan ar par 45 03 CORT S 0 A recuar ap ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CORT OUTPUTS A52 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000009 Velocidade do Motor da Serra 001949 253 13 100 10 45 00 17 02 17 03 48 02 MOV 21 P On CORT QA CORTSO CONM Sta CONM Aut CON M Act Manual velocidade do m Always ON Activa Motor Estado de R modo autom Manual Acti CON M Vijotorda serra erra erra CORT S 0 Avancar par Valor de Output do DAC da serra Velocidade do motor da s terra 100 10 CORTQA Watch Dog do armaz m Activa Motor Velocidade do motor da s erra 000010 Motor do avan o 001969 45 00 17 02 17 03 48 00 100 08 Activa o motor de avan o CORTS 0 CONM Sta CONM Aut CON M Act Estado de R 45 01 CORT QA Activa o Mot modo autom Manual Acti 0 09 CORT S 0 Ciclo de inici 45 02 CORT Dis Disco Recua 0 08 CORT S 0 CORT I Dis Avancar par 45 03 CORT S 0 A recuar ap Disco Avan 0 09 CORT Dis Disco Recua MAIN Serrote Angular Maquisis CORT OUTPUTS A53 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000011
43. ANUTEN O 8 1 MUDAN A DO DISCO DA SERRA Com o intuito de se proceder substitui o do disco de serra necess rio colocar o grupo de corte na sua posi o totalmente recuada e na posi o angular de corte inclinado 45 sentido anti hor rio de forma a permitir o acesso ao parafuso de fixa o da serra Procedimento para substitui o do disco 4 4 Colocar m quina em modo manual Retirar tubo da zona de corte Avan ar cabe ote Comando da Consola Abrir porta traseira e afinar limite de curso recuado de modo a que o cabe ote possa recuar totalmente Recuar o cabe ote Comando da Consola O parafuso de fixa o do disco fica alinhado com o furo da guia de acesso ao parafuso Desligar electricamente a m quina seccionador ON OFF ao lado do painel Desligar alimenta o de ar comprimido v lvula manual na unidade de tratamento de ar Utilizando a chave espec fica fornecida com a m quina desapertar o parafuso de fixa o do disco Retirar parafuso e flange de encosto ao disco Retirar disco Montar disco novo aten o orienta o dos furos do disco com os dois pinos na rvore e ao sentido de rota o Montar a flange de encosto do disco Montar e apertar o parafuso de fixa o ATEN O Garantir que o disco fique perfeitamente centrado e fixo na rvore 4 4 ANEXO 2 Ligar alimenta o el ctrica e pneum tica Avan ar o cabe ote Afinar
44. Bin rio da serra em vazio primeiros 10 minutos 100 N o1 binario da serra Nm ol O N q 0 4 6 tempo min Figura 32 Evolu o do bin rio da serra em vazio nos primeiros minutos A serra posicionada o mais pr ximo poss vel do material a cortar Contudo se o controlador do corte fosse de imediato activado a serra apresentaria um bin rio muito baixo o que provocaria um aumento imediato da velocidade de corte A geometria circular da serra tamb m um factor para a implementa o deste estado pois o corte inicia se sempre por um pequeno ponto e por consequ ncia por um baixo bin rio da serra Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 48 O controlador do corte activado quando o bin rio da serra apresenta um valor superior ao valor de binario em vazio Bce somado a um valor predefinido Tcc Isto o bin rio da serra tera que apresentar um valor superior ao threshold dinamico de inicio de corte Bcc No estado corte as velocidades da serra e do avan o s o controladas atrav s do controlador de corte baseando se na informa o de bin rio do motor da serra O fim do corte detectado quando o bin rio do motor da serra fica menor que o threshold din mico do fim de corte Bfc durante de 1 segundo A temporiza o de 1 segundo foi necess rio pois o ru do do bin rio
45. Corte de Tubos Met licos 4 A parametriza o destas duas velocidades depende de v rios factores nomeadamente do tipo de material a cortar do di metro da serra do n mero de dentes e do formato dos dentes da serra le amp Y UI Va Va Figura 2 Corte com serra circular Alguns par metros como a espessura a resist ncia mec nica e a dissipa o de calor do disco est o inclu dos nos valores de velocidade de corte fornecidos pelos fabricantes dos discos Tabela 1 Os fabricantes de serras fornecem tabelas com gamas de velocidade de corte para cada tipo de material Estas tabelas permitem calcular aproximadamente a velocidade da serra e a velocidade de avan o para o material a cortar Serra de Disco d 400 Z 250 STARK Velocidade de Avan o Dente Tipo de Material corte V m min A o 500 N mm 30 50 0 03 0 06 Aco 1200 N mm 15 25 0 02 0 03 0 80 007 0081 Tabela 1 Gama de velocidades de corte para uma serra STARK 2 A o 800 N mm 20 40 0 03 0 04 2 A velocidade angular da serra Vs determinada usando a velocidade de corte V e o di metro do disco d V x1000 dx Vs rpm 1 Sistema Inteligente para Auto parametrizacao INTRODUCAO em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 5 A velocidade de avan o da serra Va o produto entre a velocidade angular da serra Vs o n mero de dentes da serra z e o avan o por
46. DM106 Deslocamento do esbarro 3 CON M DeslEB3mm VINT BCD DM142 Deslocamento do esbarro 3 CON M DIFDNF4 BOOL 70 01 Indica que a tecla F4 foi libertada CON M EsbarroM vel BOOL HR 10 01 Esbarros v o subir aquando do corte CONM Fl BOOL 64 00 Tecla F1 da consola CON M F2 BOOL 64 01 Tecla F2 da consola CON M F3 BOOL 64 02 Tecla F3 da consola CON M F4 BOOL 64 03 Tecla F4 da consola CON M FaltaProdTPe as UINT BCD DM136 Numero de pecas que faltam produzir no tubo CON M GrandCortesSerra UDINT BCD DM147 N mero geral de cortes da serra CON M GrandPe asProduzidas UDINT BCD DM145 N mero geral de pe as produzidas CON M MANAVAIPI BOOL 16 13 Indica que est a andar via manual CON M Menu UINT 60 Area da consola 4 bytes CON M MenuAAVaria UINT BCD 71 Menu anterior a avaria CON M MenuAvaria BOOL 70 02 Indica se est a visualizar uma mensagem de avaria CON M MenuChange BOOL 67 12 Mudan a de menu CON M MotorAfinaAlarga BOOL 80 04 Faz desapertar o motor de afina o CON M MotorAfinaAperia BOOL 80 03 Faz apertar o motor de afina o CON M MovimentoFinal BOOL 32 13 Aproveita a parte final do tubo para uma nova pe a CON M NMenu UINT 65 Area de notifica o dos menus 3 Bytes CON M Numberinput BOOL 67 11 N mero alterado CON M PerfilDiametro UDINT BCD DM130 Di metro do perfila cortar CON M PerflEmDiametro BOOL HR 10 02 Valor do perfil em di metro CON M PerfilTx UDINT BCD DM132 Tamanho do Perfilem X CON M PerfilTxH VINT BCD DM133 Tamanho do P
47. E EMERGENCIA Armaz m Parado Paragem de emerg ncia Ordem de paragem Bot o de emerg ncia 21 Carregar Tubo Move as cintas e o alimentador plano Tubo no Alimentador plano Carregar mais tubos o Armaz m inclinado Move apenas o alimentador plano Tubo ao alto 23 Desencrava Armaz m Desce as cintas e recua o alimentador plano Ordem de paragem Ordem de paragem 94 PARAR ARMAZ M Prepara o armaz m para terminar o funcionamento ANEXO 4 Fluxogramas A31 Alimenta o 0 M quina 15 2 activada 2 IDLE EMERG NCIA Carga em pausa Paragem de emerg ncia Ordem de paragem Ciclo autom tico Bot o de emerg ncia 21 INICIALIZA O Coloca todos os actuadores no estado inicial Todos os actuadores na posi o inicial 22 POSICIONAMENTO DO SEPARADOR DE PE AS Mais pe as a cortar Separador na posi o correcta 23 ARRASTA TUBO Posiciona o tubo para cortar Tubo na posi o e pronto para cortar 94 CORTE DO TUBO Indica e espera que o corte seja conclu do Corte conclu do e serra recuada 99 DESCARGA DO TUBO Faz a descarga do tubo para o posi o correcta ANEXO 4 Fluxogramas A32 ANEXO 4 Carga 29 Maquina 515 IDLE ee EMERGENCIA Carga em pausa Paragem de emerg ncia Ciclo automatico Botao de emerg ncia 21 TUBO NA LINHA DE CORTE Carga est parada espera N o existe tubo na linh
48. E1 O peso d a entrada 2 1000 FLT_ Multiplicador 2 000016 Fim da rotina de filtro 002199 000017 THE END 002200 ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CONTROL ROT A66
49. Esquema de controlo do processo de corte Layout do sistema de monitoriza o Diagrama principal do programa de LabView Diagrama do bloco read OPC do programa de LabView Processo de corte dados reais Evolu o da qualidade da serra no corte convencional e no corte inteligente ___ 42 43 44 47 48 50 52 53 53 55 58 Xi INDICE DE TABELAS Tabela 1 Gama de velocidades de corte para uma serra STARK Tabela 2 Resultados das simula es dos varios controladores Tabela 3 Pros e Contras dos controladores simulados Tabela 4 Caracter sticas t cnicas do serrote autom tico Maquisis Tabela 5 M dulos no software do serrote autom tico Maquisis Tabela 6 Dados experimentais do processo de corte 25 25 26 35 5 XII 1 INTRODU O Na ind stria metalo mec nica necess rio efectuar cortes em tubos ou perfis para obter pe as que podem ser usadas na constru o de caixilhos quadros condutas e estruturas met licas Essas pe as s o cortadas de acordo com a medida desejada a partir de segmentos de um tamanho standard Por conseguinte torna se necess rio recorrer a m quinas de corte ou a serrotes O corte pode ser efectuado usando uma m quina de corte manual ou uma de corte autom tico Na m quina de corte manual o operador define a velocidade da serra manipulando a velocidade de avan o de acordo com a for a exercida pela serra Esta m quina usada quando a quantidade de pe as a produzir
50. IN a Escola de Engenharia Universidade do Minho Sistema Inteligente para Auto parametriza o em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos Carlos Manuel Rodrigues Machado UNIVERSIDADE DO MINHO Escola de Engenharia Departamento de Electr nica Industrial 2003 Carlos Manuel Rodrigues Machado Sistema Inteligente para Auto parametriza o em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos Disserta o submetida na Universidade do Minho para a obten o de grau mestre em Engenharia Electr nica Industrial UNIVERSIDADE DO MINHO Escola de Engenharia Departamento de Electr nica Industrial 2003 Disserta o realizada sob a orienta o cient fica do Doutor Jos de Ara jo Mendes Professor Auxiliar do Departamento de Electr nica Industrial da Universidade do Minho a minha familia RESUMO A crescente necessidade do aumento de produtividade e da efici ncia nas maquinas e nos processos industriais impulsiona a adapta o de t cnicas cada vez mais sofisticadas sendo poss veis gra as a tecnologias de controlo por computador No corte por arranque de apara usando um controlo em tempo real poss vel adaptar os par metros de corte para obter mais produtividade efici ncia e qualidade de corte neste contexto que se apresenta o trabalho efectuado no mbito desta disserta o orientado ao estudo e implementa o de um sistema de auto parametriza o em tempo
51. Indica se sobe ou desce CON_M_CalcularConfig BOOL HR 10 03 Indica que deve calcular a configura o CON M CodMaterial VINT BCD DM129 C digo do material a cortar CON M Complnicial UINT BCD DM100 Comprimento inicial para ajustar a ponta CON M COMPINIMM UINT BCD DM139 Comprimento inicial em milimetros CON M ConfigCalculada BOOL HR 10 04 Configura o calculada com sucesso CON M DescargaE1 VINT BCD DM400 Valor de descarga para o esbarro 1 CON M DescargaE2 VINT BCD DM401 Valor de descarga para o esbarro 2 CON M DescerAlavanca BOOL 32 07 Activa o manual que faz descer a alavanca CON M DescerAparadeira BOOL 32 08 Activa o manual que faz descer a aparadeira CON M DescerCintas BOOL 17 04 Descer cintas no modo manual CON M DescerEsbarrol BOOL 32 09 Activa o manual que faz descer o esbarro 1 CON M DescerEsbarro BOOL 32 10 Activa o manual que faz descer o esbarro 2 ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis Symbols A38 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa Name Type Address V Comment CON M DescerEsbarro3 BOOL 32 11 Activa o manual que faz descer o esbarro 3 CON M DescrE1 BOOL HR10 05 Descarga para o esbarro 1 CON M DescrE2 BOOL HR10 06 Descarga para 0 esbarro 2 CON M DeslE1 VINT BCD DM104 Deslocamento do esbarro 1 CON M DeslEimm VINT BCD DM140 Deslocamento do esbarro 1 CON M DeslE2 VINT BCD DM105 Deslocamento do esbarro 2 CON M DeslE2mm VINT BCD DM141 Deslocamento do esbarro 2 CON M DeslE3 VINT BCD
52. L 2 14 Esbarro 3 em baixo ALIM Esbarro3Batente BOOL 2 15 Pe a no esbarro 3 ALIM MordenteRebarba BOOL 2 07 Mordente da rebarba em cima ALIM MordenteTubo BOOL 2 06 Mordente do tubo em cima ALIM SeparadorBoas BOOL 2 08 Separador de pe as na posi o de boas ALIM SeparadorMas BOOL 2 09 Separador de pe as na posi o de m s ALIM TraccaoCima BOOL 2 00 Trac o de tubo em cima ALIM TuboNaLinhaCorte BOOL 0 00 Tubo na linha de corte ALIM L Dif BOOL 22 12 Diferencia o ALIM_L_DifCont BOOL 22 13 Pulso de contagem ALIM_L_DifState04 BOOL 22 14 Entrada no estado de arraste ALIM_L_EncoderOverflow BOOL 231 02 Overflow do Encoder ALIM_L_EncoderP V UDINT_BCD 230 Contador do encoder ALIM_L_EncoderReset BOOL 252 00 Reset do Contador do encoder ALIM_L_EncTable1b0 UINT DMO Target para arraste inicial ALIM_L_EncTable1b1 UINT BCD DM1 Valor BCD para o araste inicial LOW ALIM L EncTablelb2 UINT BCD DM2 Valor BCD para o araste inicial HI ALIM L EncTablelb3 UINT DM3 Sub rotina para parar o arraste inicial ALIM L EncTable2b0 UINT DM4 Target para o arraste ALIM_L_EncTable2b1 UINT BCD DM5 Valor BCD para o arraste LOW ALIM_L_EncTable2b2 UINT BCD DM6 Valor BCD para o arraste HI ALIM L EncTable2b3 UINT DM7 Sub rotina para parar o arraste ALIM L EncZeroH UINT DM9 Zero para reset do encoder ALIM L EncZeroLow UINT DM8 Zero para Reset do encoder ALIM L TIMArrasteWait NUMBER 200 Espera at um novo tubo ALIM_L_WDTimeOut NUMBER 200 Time out d
53. MT 000022 Reset do Tempo de Corte 002066 MOV 21 CORT S 0 0 Ciclo de inici DM183 Tempo de corte CON MT 000023 Actualiza o do valor do tempo 002068 45 03 CORT S 0 A recuar ap 0 DM183 Tempo de corte CON MT ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CORT OUTPUTS A57 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000000 Corte parado 001828 45 15 16 12 17 02 MOV 21 CORT S 1 DIAG M En CON M Sta 1 Estado de E Enable do C 45 Estados do m dulo de co CORT S_ rte 253 15 P First Cycl First Cycle F 45 01 0 09 81 00 22 02 CORT S 0 CORTI Dis DBG CORT ALIM M Pa Ciclo de inici Disco Recua Indica quee Indica que o 45 03 CORT S_0 A recuar ap 000001 Ciclo de Inicializa o 001839 45 00 17 02 16 12 17 03 CORTS O CONM Sta Estado de R DIAG M En CON M Aut Enable do C modo autom Estados do m dulo de co 45 03 22 03 CORT S 0 ALIM M Tu CORTI Dis A recuarap Indicaqueo Disco Recua 48 00 Manual activa motor de a CON M Aljvan o ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CORT STATES A58 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000002 A cortar 001849 45 01 22 03 16 12 0 09 TIMOOS 0 11 A CORT S O ALIMM Tu DIAG M En CORT Dis TempBatRot CORT Po Ciclo de inici Indica queo Enable do C Disco Recua Temporizad Posi o a e 0 10 m 2 C
54. ODELOS E CONTROLADORES em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 15 De seguida serao apresentados graficos que representam o comportamento de varios controladores durante o processo de corte As condi es simulam um corte de um tubo circular de 110 mm de raio e de 10 mm de espessura Considera se que a serra e a m quina dever o trabalhar com um bin rio da serra numa gama de 150 Nm 20 para garantir o melhor rendimento Em cada simula o ser o analisados os valores do bin rio da serra e o tempo de corte 2 3 1 Velocidade constante sem controlador Nesta simula o o bloco do controlador n o tem qualquer liga o resultando num corte com uma velocidade constante Os valores das velocidades da serra e do avan o t m o valor m dio calculado em fun o dos limites admiss veis de varia o de cada velocidade Corte com Velocidade Constante 200 180 sun deu ci ER A 6 Oe Oy 6 Se A o a a oe a 160 140 120 100 80 60 velocidade rpm mm min bin rio Nm 40 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 tempo s Figura 7 Corte de tubo circular com velocidade constante Sistema Inteligente para Auto parametrizacao MODELOS E CONTROLADORES em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Metalicos 16 No corte de um tubo circular o binario da serra apresenta dois picos Estes picos identificam a entrada e a sa da da serra no tubo pois nessa altura que a serra tem que r
55. ORT I Po Posi o di 0 10 22 01 MOV CORT Po ALIM M Po 4 Posi o di Indica que p 45 Estados do m dulo de co CORT S_ rte 0 11 22 01 nes CORT Po ALIM M Po Posi o ae Indica que p 000003 A Recuar 001863 45 02 16 12 0 08 CORT S 0 DIAG M En CORT Dis Avan ar par Enable do C Disco Avan Estados do m dulo de co 80 02 CORTCA Indica que o DM147 N mero geral de cortes d CON M G h serra ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CORT STATES A59 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000004 EMERGENCIA Enable False 001872 16 12 MOV 21 DIAG M En 8000 Enable do C 45 Estados do modulo de co CORT S_ rte TIMO12 CORT TTI Watch Dog ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CORT STATES A60 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000000 Calcula o avan o para o corte em ticks 002156 SBN 92 000001 Prepara e converte o ngulo e calcula o coseno 002157 253 13 SBB 51 P On Always ON DM500 ngulo a calcular Valor do ngulo em radia nos Valor do ngulo em radia nos Valor do ngulo em radia nos Valor do ngulo em radia nos 000002 Converter a altura o perfil TY para float 002162 P On Always ON 000003 Converter o raio da serra para float 002164 253 13 P On Always ON ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CONTROL ROT A61 Serrote Angular Maquisis
56. T DM514 Multiplicador MD32 M1 UINT DM512 Multilicador 1 MD32 M2 UINT DM513 Multilicador 2 MD32_R UDINT DM518 Resultado da rotina MD32_RESP INT DM518 Resultado da rotina MD32_ Resto UDINT DM520 Resto da divisao OffCabe NUMBER 100 Offset do cabe ote que limita o avan o ROTINA AVANCO NUMBER 50 Calcula o avan o para o corte ROTINA FLT NUMBER 2 Rotina que filtra uma entrada ROTINA MD32 NUMBER 1 Rotina multiplica 32x32 32 16 TABELA MATERIAS UINT DM200 Tabela de materiais DM200 DM225 TempBatR otAngular BOOL TIM008 Temporizador dos batentes da rota o angular UDINT32_TEMP UDINT_BCD DM185 Vari vel tempor ria ANEXO 5 MAIN Serrote_Angular_Maquisis Symbols A41 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000000 Activa o desactiva o do filtro do bin rio 001777 P On Indica que o controlador Always ON est activo 000001 Activa o Desactiva o do controlador 001779 253 13 45 02 P On CORTSO DM163 Bin rio da Serra Filtrado Always ON J Avan ar par 255 05 PGT 80 01 Activa o controlador Greater Tha CORTC 45 02 CORTSO Avan ar par 000002 45 02 001787 CORT _S_0 Avan ar par ANEXO 5 MAIN Serrote_Angular_Maquisis CONTROL_CAL A42 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000003 Filtrar a entrada do bin rio da serra 001790 80 00 CORT CA Indica que o ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CONTROL CAL A43 Serrote Angular M
57. Velocidade do Motor de Avanco 001983 253 13 100 08 45 02 P On CORT QA CORT S 0 Always ON Activa Mot Avan ar par 45 00 17 02 17 03 CORT S 0 CON M Sta CON M Aut Estado deR modo autom 100 08 CORT QA Activa o Mot 000012 Faz o recuo automatico via binario da serra MOV 21 DM168 Valor de Output do DAC C Avan o do avan o 237 Nelocidade do motor de a van o Velocidade do motor de a _ Van o MOV 21 Manual Velocidade de av van o MOV 21 HO 237 Velocidade do motor de a CORT Q jyan o 002002 45 02 CORT S 0 Avancar par 255 07 PLT Less Than TIMO14 80 01 CORTCA Activa o con ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CORT OUTPUTS 80 02 lIndica que o avan o visto CORT C pelo encoder foi concluid A54 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000013 Reset do encoder de avan o do cabe ote 002011 CORT S 0 Ciclo de inici Indica que o avan o visto pelo encoder foi concluid 000014 Calculo do avanco via encoder 002014 45 02 22 01 CORT S O ALIM M Po Avan ar par Indica que p 22 01 ALIM M Po Indica que p 000015 002023 45 02 33 01 Serra a cortar o tubo CORTSO CORTMS Avan ar par Serra est a ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CORT OUTPUTS A55 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000016 Corte conclu do ou
58. _TempoCorte_tmp UINT DM183 Tempo de corte CON_M_TempoSubidaAparadeira UINT_BCD DM149 Tempo de subida da aparadeira CON_M_TempStr CHANNEL DM20 String tempor ria 10 words CON_M_TempStr2 CHANNEL DM21 CON_M_ThersholdR ecuo UINT_BCD DM137 Valor de recuo BCD CON M ThersholdRecuoBIN VINT BCD DM138 Valor de recuo BCD CON M TotalPecas UDINT BCD DM107 Total de pe as a fabricar CON M VelAvancoBCD VINT BCD 69 Valor BCD da vel da serra introduzido na consola CON M VelAvancoBCDSigned BOOL 69 15 Sinal do valor introduzido na consola CON M VelMotorAvan o INT 51 Manual de velocidade de avan o CON M VelMotorSerra INT 49 Manual de velocidade do motor da serra CON M VelRotAngular UINT 50 Manual de velocidade de rota o angular CON M VelSerraBCD VINT BCD 68 Valor BCD da vel da serra introduzido na consola CON M Zero UDINT BCD DM8 Valor de Zero CON_T_TIMAva BOOL TIM015 Timer de avaria ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis Symbols A39 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa Name Type Address V Comment CON_T_TIMAvaN NUMBER 015 Timer para voltar a indicar avaria CORT C ActivaControlo BOOL 80 01 Activa o controlador CORT C ActivaFiltro BOOL 80 00 Indica que o controlador est activo CORT C AvancoEncConcluido BOOL 80 02 Indica que o avan o visto pelo encoder foi conclu do CORT C TEMPDBG INT 72 debug CORT BinarioMotorAvan o INT 233 Corrente do motor de avan o CORT BinarioMotorSerra INT 232 Corrente do motor da s
59. a 15 Corte com Controlador FUZZY ref 120 eee DRACENA SSeS 8 OT Te sd CEEE Peed me e am velocidade rpm mm min bin rio Nm refer ncia Nm bin rio da serra Nm velocidade da serra rpm Velocidade de avan o mm min 8 tempo s Figura 16 Corte de tubo circular usando controlador Fuzzy ref 120 O controlador fuzzy apresenta dificuldades na parte inicial para seguir a refer ncia o que sugere a necessidade de implementa o de um soft start O seguimento da refer ncia satisfat rio fazendo um corte em 13 2 segundos com uma refer ncia de 120 Nm O bin rio m ximo da serra n o ultrapassa os 145 Nm Na parte final do corte existe um pequeno pico de bin rio devido satura o da velocidade da serra Sistema Inteligente para Auto parametriza o MODELOS E CONTROLADORES em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 23 Com um bin rio de refer ncia a 150 Nm o comportamento mais inst vel devido a satura o das velocidades O tempo de corte de 10 13 segundos apresentando um bin rio m ximo de 179 Nm Contudo o bin rio m ximo poder ser menor garantindo que o controlador seja apenas activado no in cio quando for detectado um determinado valor m nimo de bin rio da serra Corte com Controlador FUZZY ref 150 300 250 100 velocidade rpm mm min bin rio Nm refer ncia Nm b
60. a a testar varias estrat gias de controlo do processo de corte foram desenvolvidos modelos de corte e testados varios controladores Estes modelos permitiram simular o processo de corte em v rias situa es facilitando a implementa o na m quina industrial O Matlab Simulink foi a ferramenta usada para a implementa o e simula o dos modelos desenvolvidos O Matlab uma linguagem de alto n vel orientada para o desenvolvimento de aplica es cient ficas e de engenharia Esta linguagem tem sido desenvolvida h mais de dez anos tornando se popular flex vel potente e simples de usar As vers es recentes focam se em gr ficos orientados por objectos o que levou a um enriquecimento da interface com o utilizador GUI O Simulink foi desenvolvido para operar no Matlab Esta ferramenta disponibiliza um ambiente interactivo para o desenvolvimento de modelos e simula es de uma grande variedade de sistemas din micos incluindo tamb m sistemas lineares n o lineares discretos no tempo cont nuos no tempo e h bridos Foram constru dos dois modelos para simular o corte de tubos circulares e quadrados Outro modelo foi igualmente desenvolvido de forma a ser usado como template entre os v rios controladores a estudar 2 1 Modelos do processo de corte Os modelos do processo do corte foram baseados na observa o do corte de tubos e barras numa m quina de corte convencional Nas observa es chegou se conc
61. a de controlo do corte inteligente Na arquitectura usada Figura 28 existem tr s malhas de controlo A serra controlada pelo variador de velocidade utilizando o encoder que est acoplado ao motor de indu o Esta malha garante o cumprimento correcto da velocidade da serra A velocidade de avan o tamb m controlada pelo variador de velocidade com controlo vectorial Este usa a informa o retirada pelo resolver do motor servo garantindo um controlo muito preciso da velocidade de avan o A malha principal de controlo fechada pelo aut mato atrav s do valor de bin rio da serra Esse valor fornecido pelo variador de velocidade do motor da serra O sistema de monitoriza o foi usado apenas para o estudo e valida o do controlador do processo de corte A informa o adquirida pelo sistema de monitoriza o apresentada de imediato o que permite o ajuste do controlador de todo o sistema Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 42 3 3 1 Sensores Os variadores de velocidade permitem configurar uma sa da anal gica com um dos seus v rios par metros internos Um dos par metros dispon veis o bin rio que o motor est a exercer em cada momento Essa informa o calculada atrav s da pot ncia de sa da e da velocidade de rota o No caso do motor da serra a velocidade de rota o obtida atrav s de um encoder No caso
62. a de corte Ainda em ciclo autom tico o SOBE ALAVANCA DO ARMAZEM Alavanca em cima 23 DESCE ALAVANCA DO ARMAZ M Fluxogramas A33 Corte 99 Maquina 215 IDLE CAR EMERG NCIA Corte parado Paragem de emerg ncia Ordem de paragem Bot o de emerg ncia Ciclo autom tico 91 CORTE EM ESPERA Move a serra para a posi o e activa o motor da serra Ainda existem pe as a cortar Tubo pronto para cortar 22 CORTE Corta usando o controlador de corte inteligente Corte conclu do 23 RECUA Desactiva o controlador e recua a serra a velocidade maxima ANEXO 4 Fluxogramas A34 ANEXO 5 Listagem do modulo de corte do programa do serrote automatico Maquisis Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa Name Type Address V Comment ALIM AlavancaBaixo BOOL 2 02 Alavanca de alimenta o em baixo ALIM AlavancaCima BOOL 2 01 Alavanca de alimenta o em cima ALIM AparadeiraCima BOOL 2 04 Aparadeira em cima ALIM AparedeiraBaixo BOOL 2 05 Aparadeira em baixo ALIM Deslocamento VINT BCD 230 Deslocamento do arrasto do tubo ALIM DeslocamentoReset BOOL 0 00 Reset do deslocamento ALIM EsbarrolBaixo BOOL 2 10 Indica que o esbarro 1 est para baixo ALIM EsbarrolBatente BOOL 2 11 Indica que existe uma pe a no esbarro 1 ALIM_I_Esbarro2Baixo BOOL 2 12 Esbarro 2 em baixo ALIM_I_Esbarro2Batente BOOL 2 13 Pe a no esbarro 2 ALIM Esbarro3Baixo BOO
63. ador de tentativas para endireitar tubos ARM AlimentCheio BOOL 1 00 Detecta alimentador cheio ARM CintasCima BOOL 1 02 Detecta cintas em cima ARM TuboAlto BOOL 1 03 Detecta tubos alinhados ou n o alinhados ARM TuboPresente BOOL 1 04 Detecta tubos no alimentador ARM TubosNoAlimP lano BOOL 1 15 Tubo no alimentador plano ARM_L_WDTStates UINT 19 Estado em que o WATCH DOG est a funcionar ARM M AliminclVazio BOOL TIM002 Indica que o alimentador inclinado est vazio ARM M Armaz mVazio BOOL 16 07 Informa que o armaz m est vazio ARM M Avaria BOOL 16 08 Informa uma avaria ARM M CodAvaria UINT 20 Indica tipo de avaria no armaz m ARM M Contar BOOL 16 03 Impulso de contagem de tentativas ARM M FimTempoRecuo BOOL TIMO01 Fim do tempo de recuo ARM_M_FimWDT BOOL TIM000 Fim do tempo maximo num estado ARM M RecuoAvalanche BOOL TIM003 Recuo para evitar uma avalanche de tubos ARM M TempoRecuo NUMBER 300 Tempo para recuar enquanto os tubos n o est o direitos ARM M TempowDT NUMBER 4b0 Tempo maximo num estado ARM M TimerRecuoActivado BOOL 16 04 Timer do recuo activado ARM M TuboPresente BOOL 16 06 Informa que h um tubo no alimentador ARM M ltimaTentativa BOOL CNT002 Contador de tentativas de alinhar tubos ARM_M_WDTDesactivado BOOL 16 02 WDT desactivado ARM Q AvancarAliment BOOL 100 02 Avan ar alimentador ARM Q DescerCintas BOOL 100 01 Descer cintas ARM Q RecuarAliment BOOL 100 03 Recuar alimentador ARM Q SubirCintas BOOL 100 00 Subir
64. alho do serrote e Verifique que todas as blindagens de protec o se encontram correctamente fixas e Antes de iniciar o corte de pe as verifique a correcta parametriza o do tipo de material o tamanho da serra e o n mero de dentes da serra que definem a velocidade de corte e de avan o e N o carregue o armaz m com tubos empenados amolgados ou com rebarbas nos topos O sistema de trac o e o sistema de fixa o para o corte poder o n o funcionar nestas condi es e Mantenha a zona circundante do serrote limpa e desimpedida Um significativo n mero de acidentes devido manipula o de pe as perto das m quinas e Logo que se detecte qualquer fuga de leo de ar ou de flu do refrigerante aja rapidamente e Mantenha o disco da serra em bom estado e bem fixo caso contr rio ir contribuir para uma mais r pida deteriora o do equipamento e Evite choques bruscos nas caixas de controlo bem como no resto da m quina e Verifique se a press o de alimenta o do ar comprimido se mant m a 6 bar ANEXO 2 Serrote Autom tico Maquisis A13 Manual de utiliza o 5 SEGURANCA A maquina possui v rios pontos que apresentam perigo para o operador caso seja operada incorrectamente Por isso deve haver todo o cuidado para que n o se introduza qualquer parte do corpo ou objectos estranhos ao funcionamento da m quina nas zonas m veis desta Assim os pontos que apresentam maior perigo para o operador s o os se
65. aquisis Corte Inteligente Programa 000004 Controlo do corte da serra 001796 80 01 CORT CA Valor de refer ncia em Activa 0 con Bi bin rio Bin rio da Serra Filtrado Diferen a para o bin rio nominal ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CONTROL CAL A44 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000005 Somar a resposta final da serra e do avanco 001806 CORT CA Activa o con Avanco Valor m dio do DAC Ajuste na velocidade da s erra Valor de Output do DAC do Avanco 000006 Limitar a saida do DAC da serra 001809 80 01 CORT CA DM167 Valor de Output do DAC Activa 0 con Valor de Output do DAC da serra Serra Valor minimo do d ac 255 07 PLT DM150 Serra Valor m nimo do d Less Than ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CONTROL CAL A45 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000007 Limitar a sa da do DAC do avan o 001818 80 01 CORTCA Activa 0 con 255 07 P LT Less Than ANEXO 5 MAIN Serrote_Angular_Maquisis CONTROL_CAL A46 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000000 Dados para acos at 500N mm 002072 253 15 P First Cycl First Cycle F 000001 Dados para acos at 800N mm 002077 253 15 P First Cycl First Cycle F 0003 DM207 ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CORT Tabelas A41 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa
66. ar Interpolation Vs avg ia Linear Interpolation lt e the initial contact between saw and material velocity needs to be performed at low speed The third stage comprises the intelligent cutting of the material according to the imple mented controller see Figure 7 which is responsible for the continuous adjustment of angular and forward veloci ties of the saw Finally the cutting off completion stage objective is the automatic detection of when the material has been completely cut independently of its profile Stage switching is achieved using two dynamic thresh olds calculated from the applied torque by the motor which drives the saw disc Cutting off Control Threshold Bcc and Cutting off Completion Threshold Bfc The torque applied by the saw disc Bs is filtered using a low pass filter thus eliminating the over imposed noise generated by the contact between the saw disc teeth and the material to be cut Switching from the second stage to the cutting off stage occurs as soon as the saw disc filtered torque is greater that the Cutting Control Threshold Bcc Switching from the cutting off stage to the last stage happens when the saw disc filtered torque is lower than the Cutting off Comple tion Threshold Bfc for a period of at least one second On the second stage beginning of cutting off the initial angular velocity of the saw disc and initial forward velocity are set as the average value of the ran
67. as cintas ARM S O0ldle BOOL 18 00 Estado de Iddle do armaz m ARM S 01CarregarAlimPla BOOL 18 01 Carregar o alimentador plano ARM S 02CarregarAlimincl BOOL 18 02 Carregar o alimentador inclinado ARM S 03Desencravar BOOL 18 03 Armaz m a tentar desencravar o tubo ARM 5 04Parar BOOL 18 04 Estado para parar o armaz m ARM S 15Emerg ncia BOOL 18 15 Estado de emerg ncia ARM S States VINT 18 Estados do armaz m ARM S WD01CarregarAlimP la BOOL 19 01 WD Carregar o alimentador plano ARM S WD02CarregarAlimincl BOOL 19 02 WD Carregar o alimentador inclinado ARM S WD03Desencravar BOOL 19 03 WD Armaz m a tentar desencravar o tubo ARM T TimRecuo NUMBER 1 Timer para endireitar tubos ARM_T_TIMWDog BOOL TIM000 Fim do tempo maximo num estado ARM_T_WDT NUMBER 0 Watch Dog do armazem AVA_ANG_RAD REAL DM503 Valor do angulo em radianos AVA_ANGULO INT DM500 Angulo a calcular ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis Symbols A37 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa Name Type Address V Comment AVA_DIVRESTO INT DM510 Resto da divisao AVA_FRAIO REAL DM505 Tamanho tx float AVA_FTY REAL DM507 Tamanho ty float AVA_RESP UINT DM509 Resposta do avan o AVA_TEMP1 INT DM501 Temporaria 1 C ADACMAX INT DM155 Avan o Valor m ximo do DAC C ADACMED INT DM154 Avan o Valor m dio do DAC C ADACMIN INT DM153 Avan o Valor m nimo do DAC C Avan oAjust INT DM166 Ajuste na velocidade da serra C Avan oOutput INT DM168 Valor de Outpu
68. avar tubos no armaz m e Permitir subir ou descer cintas por ordem do operador durante o modo autom tico Em modo manual e Permitir subir e descer cintas sem a necessidade de manter a tecla pressionada e Permitir avan ar ou recuar o alimentador plano Em emerg ncia e Parar os motores das cintas e do alimentador plano Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 36 3 2 2 2 Alimenta o O m dulo da alimenta o tem como fun es a alimenta o dos tubos a prepara o do tubo para o corte e a descarga de pe as Assim este m dulo controla o arraste a trac o os mordentes os esbarros a aparadeira e o separador de pe as sendo tamb m respons vel por efectuar as contagens de pe as e de tempos O m dulo de alimenta o cont m o sub m dulo CARGA que respons vel pela carga do tubo Os requisitos do m dulo da alimenta o s o os seguintes Em Modo autom tico Activar a trac o sempre que exista um tubo na c lula de corte Desactivar a trac o e parar o arraste apenas quando n o exista um tubo na c lula de corte durante algum tempo 0 55 Permitir arrastar o tubo para efectuar o corte da ponta inicial ou arrastar o tubo para corte de pe as Permitir o arraste do restante tubo usando o novo tubo N o arrastar o tubo caso um dos mordentes se encontre em baixo e a trac o em cima N o ar
69. az m inclinado permite armazenar alguns tubos durante o tempo necess rio para efectuar a carga de um novo atado de tubos 3 1 3 2 Alimenta o A alimenta o respons vel por transportar o tubo do armaz m e por posicion lo para efectuar o corte No momento em que a alavanca sobe o tubo retirado do armaz m inclinado caindo de seguida em cima dos cilindros de trac o Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 30 N gt ES ee eme 2 mas o 3 J E 5 F q E E d a Oo a ce Sensor de presen a de tubo ES 4 eS Figura 22 Serrote automatico MAQUISIS Arraste No momento em que o tubo passa no sensor iniciada a contagem fazendo reset ao encoder o que permite determinar o comprimento da ponta inicial bem como controlar a velocidade de arraste r Mordente da rebarba 3 E i dio a E i pP EEE eee Figura 23 Serrote autom tico MAQUISIS esbarro e aparadeira O arraste conclu do quando o tubo bate no esbarro activo em baixo A aparadeira apoia o tubo durante o arraste e o corte Logo que o tubo se encontre em posi o os mordentes do tubo e da rebarba s o activados fixando o e permitindo a m xima precis o Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em
70. ce torque and saw disc filtered torque and the output is gener ated according to the control method used III CUTTING OFF MODELS Using Matlab Simulink models for the cutting process of a round tube and for the cutting controller were devel oped These models were used to validate the control meth ods and to gain more knowledge of the cutting off process In Figure 9 a Simulink model of the cutting off of a pipe is presented The model has saw velocity Vs and forward Va ve locity as inputs and it outputs the instantaneous cutting saw torque Bs The model also needs to know the pipe radius and thickness If the thickness is equal to the radius we can simulate a rod cutting off The model also provides an out put that can be used to terminate the simulation STOP output The saw velocity must always be positive 1n order to get correct output values The forward velocity input can either B Saw Mecanical BSAW be positive or negative values In case of negative values the saw torque output is zero Figure 10 represents the Simulink block diagram used to simulate the cutting off controller In this diagram the al gorithms to detect the start and the end of cutting are not implemented The controller to be tested must be inserted in the block control method The saturation values and the average velocities were previously calculated A Simulation Using the above presented models
71. controlador Bs lt Bfc amp amp durante 1 segundo Va 0 Vs Vs med Corte Conclu do Bs gt Valor lido em cada ciclo do bin rio da serra Bce gt Bin rio da serra em vazio Bcc gt Threshold din mico de inicio do corte Bfc gt Threshold dinamico de fim do corte Tcc Tfc gt Thresholds fixos do bin rio da serra Va med gt Velocidade m dia de avan o Vs med gt Velocidade m dia da serra Figura 31 Sequ ncia de corte Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 47 No estado corte parado a serra posta em funcionamento a velocidade m dia para os valores de setup sendo assim lido o seu bin rio Bce Este valor de bin rio representa o bin rio necess rio para vencer o atrito mec nico das roldanas do cabe ote e do leo de lubrifica o O bin rio da serra em vazio pode variar mais de 100 nos primeiros 10 minutos ap s o in cio do funcionamento devido ao aumento da temperatura do leo O desgaste das roldanas afecta tamb m o bin rio o qual diminui nos primeiros dias de funcionamento e aumentar quando o desgaste come a a acumular se nas roldanas No momento em que a pe a se encontra bem fixa dada a ordem de corte passando para o estado In cio de corte Neste estado a serra roda velocidade m dia avan ando velocidade m dia definida no setup Estas velocidades s o fixas
72. da sequ ncia de corte atrav s da r pida diminui o do bin rio da serra A elimina o do ajuste do limitador de avan o permitiu diminuir o tempo de prepara o da m quina aumentando assim a sua produtividade Nas m quinas tradicionais o operador teria que efectuar o ajuste do limitador do avan o tendo em considera o o di metro do perfil a cortar Sistema Inteligente para Auto parametriza o CONCLUS ES E TRABALHO FUTURO em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 60 A programa o do aut mato foi elaborada em diagramas de escada Esta foi dividida em m dulos facilitando a manuten o e permitindo tamb m a sua implementa o por uma equipa de programadores Da programa o efectuada destacam se a implementa o do controlador proporcional do corte inteligente e a implementa o do algoritmo de detec o do fim da sequ ncia de corte atrav s do bin rio da serra Os modelos usados na simula o mostraram que a aproxima o efectuada foi suficiente para permitir analisar o comportamento de v rios controladores As aproxima es efectuadas foram poss veis gra as s malhas de controlo de velocidade da serra e da velocidade de avan o executadas pelos variadores de velocidade dos actuadores Constatou se que usando um aut mato industrial de baixo custo foi poss vel implementar se um controlo em tempo real dos par metros do processo de corte Um sistema de monitoriza o efectuado
73. da serra poderia gerar uma falsa detec o de fim do corte No estado de fim de corte efectuado o recuo da serra tendo em conta que a velocidade desta colocada no seu valor m nimo 3 3 5 Controlador A implementa o do corte inteligente foi preparada para que v rias metodologias de controlo fossem facilmente inseridas Para isso ser poss vel foi necess rio converter o sistema de v rias entradas e de v rias sa das para um sistema de uma entrada e uma sa da Nessa convers o foi levada em conta a rela o directa entre a velocidade da serra e do avan o em fun o do esfor o de corte Assim poss vel ter apenas uma refer ncia que representa o tipo de corte que sera efectuado corte suave corte normal e corte agressivo Para um corte suave o utilizador ter apenas que definir um bin rio de refer ncia baixo e o controlador far o corte com um bin rio baixo acelerando ou abrandando conforme o material a retirar Num corte agressivo este ser efectuado com um n vel mais elevado de bin rio provocando um maior esfor o dos componentes da m quina e do pr prio disco da serra Contudo o tempo de corte por sua vez ser menor O bin rio de refer ncia ser independente da metodologia do controlador implementado Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 49 Interpola o Linear an Se Processo de
74. de cortes efectuados pela serra e Indicar a falta de tubo na c lula de corte e Indicar a ordem de in cio de corte ap s verificar que a aparadeira se encontra em cima e os mordentes em baixo e Indicar falha caso encrave num estado durante algum tempo 1 min Em Modo Manual e Permitir o controlo manual do arraste dos mordentes da aparadeira dos esbarros e do separador de pe as Em Emerg ncia e Parar o motor do arraste e Manter todo os actuadores pneum ticos no mesmo estado 3 2 2 3 Carga Este m dulo est directamente relacionado com o m dulo de alimenta o e tem como fun o retirar o tubo do armaz m e coloc lo na c lula de corte Os requisitos do sub m dulo da carga s o os seguintes Em modo autom tico e Desactiva o arraste no caso de falta de tubo na c lula de corte durante algum tempo 0 55 e No caso de tubo novo e tubo presente no armaz m sobe a alavanca e mant m esta em cima durante 0 1 segundos e Activa trac o ap s descida da alavanca Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 38 Em modo manual e Permitir o controlo manual das alavancas e da trac o do tubo Em emerg ncia e Manter todo os actuadores pneum ticos no mesmo estado 3 2 2 4 Corte O m dulo de corte tem como fun o efectuar a sequ ncia de corte de tubo ou de perfil Este m dulo respons vel por controlar o
75. e MOL TAR A tecla 4 volta para o menu anterior 7 2 1 1 FUN ES MANUAIS CORTE As fun es manuais do corte incluem Disco da serra Avan o da serra Refrigera o Rota o angular da serra FUNC MANUAIS CORTE F2 Activa o motor da serra F2 On SERRA F3 Desactiva o motor da serra Es Ott Wel A pen Vel Velocidade da serra em rpm Fi AUTOHNAN FM AlK FUNC MANUATS gt CORTE F2 Activa o motor de avan o F2 Un Avan o i F3 Off Vel um F3 Desactiva o motor de avan o F1AUTO HAN FM AlK Vel Velocidade de avan o em mm min valores negativos fazem recuar o avan o O movimento p ra quando um dos fins de curso atingido ANEXO 2 Serrote Autom tico Maquisis A18 Manual de utiliza o We A Hieber E SISTEMAS AUTOMATICOS S A FUNG MAWUaIS CORTE F Esq Rot Angular F3 Direita Fi AUTOAAAN FM AlK FUNG MANDATS gt CORTE F Act Retrigeracao F3 Desactiva Fi AUTOAAAN FM AlK F2 Movimenta para a esquerda CCW F3 Movimenta para a direita CW Caso a serra n o esteja completamente recuada o movimento de rota o nao se efectuar O movimento para quando um dos fins de curso atingido F2 Liga o motor de refrigeragao F3 Desliga o motor de refrigera o 7 2 1 2 FUN ES MANUAIS ALIMENTA O O bloco de alimenta o de tubo inclui e Motor de Arraste e Separador de Pe as e Mordentes de Trac o e Esbarro 1 e Alavanca de Alimenta o e Esbarro 2
76. e Aparadeira da Rebarba e Esbarro 3 opcional e Mordente do Tubo e Motor de Afina o de Di metro do Tubo e Mordente da Rebarba FUNG ANUAL 5 gt AL IMENT Fo Mover Orraste FA AUTONAN FM SAIR FUNG MANUATS gt ALTMENT FY Activa Tracocao F3 Desactiva FUNG MANUAIS 4LIMENT F Sobe Alavanca F3 Desce Alavanca FiAUTOAHAN FM AlK FUNG MANUATS gt ALIMENT F Sobe Aparadeira F3 Desce Aparadeira FiAUTOAHAN FM AlK ANEXO 2 F2 Mantendo o pressionado faz mover o motor de arraste F2 Activa os mordentes de trac o do tubo F3 Liberta os mordentes de trac o do tubo F2 Faz subir a alavanca de alimenta o F3 Faz descer a alavanca de alimenta o F2 Faz subir a aparadeira da rebarba F3 Faz descer a aparadeira da rebarba A aparadeira apenas se movimenta se o disco estiver completamente recuado A ordem da aparadeira memorizada e executada logo que possivel Serrote Autom tico Maquisis A19 Manual de utiliza o We Hire AS E SISTEMAS AUTOM TICOS S A FUN MAWUSIS gt A4LIMENT F Activa Mord Tubo F3 Desactiva FUNG MANDAIS ALIMENT F Activa Mord Reb F3 Desactiva Fi AUTOAAAN FM AlK FUNE MANUS lis gt AL MENT FY Separa em Boas F3 Separa em M s FiAUTOAAAN FM AlK FUNG MAUS TS gt ALTIMENT F Descer Esbarro 1 F3 Subir Esbarro 1 FA AUTOrHAN F4 AlK FUNG MANUATS gt ALIMENT F Apertar Atinacao F3 Alargar Atinacao Fi AUTOAAAN FM SAIR
77. e diagn stico fornecidas pelos restantes m dulos desactivando o respectivo m dulo ou toda a m quina dependendo do tipo de avaria Este permite codificar a avaria para posterior apresenta o na consola da m quina As luzes de informa o da m quina s o tamb m controladas neste m dulo Este m dulo est sempre activo pois trata se do m dulo que controla o estado da m quina autom tico manual emerg ncia A programa o deste m dulo n o necessita de sequ ncias sendo programado usando apenas combina es devido as todas as sa das dependerem apenas das entradas Requisitos das sa das deste m dulo Toda a m quina deve ser desactivada sempre que pressionado o bot o de emerg ncia O m dulo do armaz m deve ser desactivado em caso de falha no motor das cintas ou do alimentador plano O m dulo de alimenta o deve ser desactivado no caso de falha na press o pneum tica ou falha do motor de arraste de tubo O corte deve ser desactivado no caso de falhas nos motores da serra do avan o da rota o e da refrigera o No caso de overflow do watch dog de um m dulo o respectivo m dulo deve ser tamb m desactivado A luz verde deve estar acesa se a m quina est em funcionamento autom tico piscando 1s quando a m quina est pronta para iniciar o ciclo autom tico de produ o Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte
78. e para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 51 SERROTE AUTOMATICO Corte Inteligente a Ss SG MAQUINAS E SISTEMAS AUTOMATICOS S A ni RET eder ce eke ede E m0 cole bpm a T a s EO E Um 400 En zt E Il o E j 200 Goo F a La oi fo WA a eaol j 1 iid Bande de corte oo Enis de mango son TODO isid aol Coraes i IE Figura 34 Layout do sistema de monitoriza o O sistema de monitoriza o permite visualizar o valor instant neo de cada vari vel por meio de um indicador de ponteiro registando tamb m o progresso num gr fico de tempo O tempo de amostragens pode tamb m ser definido podendo ser ajustado desde 10ms at alguns segundos Os valores apresentados s o filtrados de forma a eliminar o ru do da leitura e permitir uma melhor visualiza o dos dados O sistema de monitoriza o permite tamb m registar em ficheiro o progresso do corte nas ltimas 1000 amostras Desta forma poss vel posteriormente analisar e comparar v rios cortes 3 4 1 Implementa o do sistema de monitoriza o O sistema de monitoriza o foi implementado usando o LabView 6 1 e tirando partido do servidor OPC Esta implementa o permite que o programa de monitoriza o possa aceder ao servidor OPC via rede permitindo assim uma monitoriza o remota do processo de corte No programa Ladder s o de
79. e um sistema de encaminhamento directo l mina As limalhas resultantes do corte bem como o flu do de corte s o encaminhados atrav s de um esgoto directamente para o dep sito da limalha Neste dep sito a limalha decantada e o flu do de corte passa para o dep sito principal O serrote possui um painel de comando que lhe permite controlar todas as opera es de funcionamento quer seja em modo manual quer autom tico A programa o dos cortes efectuada atrav s da consola integrada no painel de comando Pode se definir o n mero de cortes pretendidos bem como o n mero de pe as que se v o aproveitar em cada tubo Pode se definir ainda o comprimento da ponta inicial que vai ser rejeitada cota essa que um valor de aproxima o Se o valor for zero n o se efectua o corte da ponta inicial Para cortar correctamente a ponta inicial h que introduzir se um valor em que o tubo passe para al m do disco Se o valor for baixo a ponta pode n o chegar ao disco ANEXO 2 Serrote Autom tico Maquisis A11 Manual de utiliza o Grupo ARMAZEM PORTA TRASEIRA DESCARGA PAINEL COMANDO Gries mm Corte Descarga ANEXO 2 Serrote Autom tico Maquisis Manual de utiliza o A12 4 CUIDADOS GERAIS e Leia atentamente este manual antes de p r a m quina a funcionar e Saiba como desligar a m quina antes de a ligar e N o introduza as m os ou objectos estranhos na zona de trab
80. e utiliza o 7 2 2 PRODUCAO PARAMETRIZACAO No menu de produ o a maquina parametrizada de forma a permitir adaptar o ciclo autom tico as necessidades da pe a a cortar Sendo assim necess rio introduzir e Total de pe as a produzir e Pe as a produzir e descarga da pe as por esbarro e Posi es dos esbarros para permitir movimentos mais r pidos e Comprimento da ponta inicial a aparar e ngulo de corte vari vel ou fixo e Esbarros fixos ou m veis Se apenas deseja voltar a produzir outra s rie de pe as basta fazer simplesmente o reset dos contadores Os menus de parametriza o da produ o s o os seguintes PRODUGAG gt TOTAL 2 FA AUTOAHAN FM Alk PRODUGAQ gt Pecas Eshbar Ei Descarga El t EY Frente EY 1 Traz FY SAR Fi AUTOAAAN PRODUGAG Pos Esharro Ei Em E2 Em ANEXO 2 Este menu permite introduzir o n mero de pe as que deseja produzir A produ o p ra quando o n mero de pe as produzidas for igual ao valor introduzido Neste menu deve introduzir se o n mero de pe as pretendidas por esbarro Pode tamb m indicar para onde pretende fazer a descarga das pe as o tubo a cortar deve ter tamanho suficiente para efectuar os cortes aqui introduzidos A m quina vai utilizar estes valores para reduzir a velocidade de arraste e assim n o bater com demasiada for a nos esbarros Desta forma deve se introduzir em cada esbarro a posi o deste
81. eal de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 55 Um corte com boa qualidade nao tem rebarbas e apresenta uma superf cie prateada com uma cor uniforme o que indica tamb m que o corte foi efectuado a uma temperatura constante O sistema de monitoriza o foi usado para retirar a informa o dos par metros mais importantes durante o corte O bin rio da serra bem como as velocidades do disco e do avan o foram registadas sendo apresentado na Figura 37 um ciclo de corte completo Nesta figura pode se ver o progresso do corte e a performance do controlador proporcional durante o corte Pode se tamb m identificar os estados da sequ ncia do corte in cio do corte corte fim do corte recuo da serra e em espera No primeiro estado as velocidades da serra e do avan o s o colocadas velocidade m dia do corte Estas mant m se at que o bin rio da serra sobe acima do threshold de in cio de corte activando o controlador Desta forma evitado um in cio de corte com velocidade excessivamente alta No segundo estado o controlador proporcional vai ajustando as velocidades da serra e do avan o em fun o do bin rio da serra Desta forma quando o bin rio aumenta as velocidades da serra e do avan o diminuem e vice versa No terceiro estado o corte foi conclu do o que provocou uma diminui o do bin rio da serra e um consequente aumento nas velocidades da serra e do avan o Este estado dura apenas 1 s
82. ecursos materiais e humanos da empresa Maquisis que permitiram a elabora o e conclus o do trabalho realizado nesta disserta o Ao Doutor Jaime Fonseca agrade o a colabora o e apoio prestados durante as v rias fases deste trabalho e as suas sugest es Ao Doutor Jos de Ara jo Mendes tenho a agradecer a orienta o cient fica o incentivo as sugest es e discuss es sempre t o oportunas a confian a e o apoio constantes ao longo de todo o trabalho Tenho ainda a agradecer lhe as sugest es feitas durante a escrita da disserta o e revis o final minha fam lia que me apoiou serenamente INDICE INDICE DE FIGURAS INDICE DE TABELAS 1 INTRODU O 1 1 Defini o do problema 1 2 Corte com serra de disco 1 3 Estado de Arte 1 4 Objectivos e Abordagem 1 5 Organiza o da Disserta o 2 MODELOS E CONTROLADORES 2 1 Modelos do processo de corte 2 1 1 Modelo do corte de perfil circular 2 1 2 Modelo do corte de perfil quadrado 2 2 Modelo template para teste dos controladores 2 3 Simula es 2 3 1 Velocidade constante sem controlador 2 3 2 Controlador proporcional 2 3 3 Controlador PI 2 3 4 Controlador Fuzzy 2 3 5 Resultados das simula es 3 IMPLEMENTA O 3 1 Serrote automatico MAQUISIS 3 1 1 Caracter sticas t cnicas 3 1 2 Disposi o da m quina 3 1 3 Descri o do hardware da m quina 3 2 Software implementado 3 2 1 Modulos de Software da maquina 3 2 2 Requisitos de
83. egundo pois o bin rio da serra mant m se menor do que o threshold de fim de corte No quarto estado iniciado o recuo da serra e a velocidade da serra colocada velocidade m dia No quinto estado o processo de corte aguarda o posicionamento e fixa o do tubo para iniciar um novo corte Neste estado pode se verificar o bin rio em vazio da serra Sistema Inteligente para Auto parametriza o RESULTADOS em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 56 Utilizando um corte a uma velocidade constante o corte inteligente com uma refer ncia igual ao bin rio nominal da serra e uma refer ncia menor do que o bin rio nominal da serra registaram se registar os tempos de corte e o n mero de cortes at haver necessidade de trocar a serra Os cortes foram efectuados em tubos circulares e tubos quadrados No corte inteligente o tempo de corte vai variando medida que se v o efectuando cortes Uma das raz es para a varia o do tempo de corte prende se com as pr prias varia es das caracter sticas do material a cortar pois o controlador de corte vai ajustando as velocidades em fun o do bin rio isto da dureza do material Contudo a varia o do tempo de corte causada pelas caracter sticas do material aleat ria Por outro lado o tempo de corte tem a tend ncia a aumentar em fun o da diminui o da qualidade da serra podendo mesmo aferir se o momento ideal para a troca da serra
84. embly Machines Proc Of Mechatronics 24 26 June 2002 University of Twente 2002 2 K Astrom B Wittenmark Computer Controlled Systems Theory and Design Prentice Hall ISBN 0 13 172784 2 1990 3 J S R Jang C T Sun E Mizutani Neuro Fuzzy And Soft Comput ing A computational approach to learning and machine intelli gence Prentice Hall Inc ISBN 0 13 261066 3 1997 4 G Franklin J Powell M Workman Digital Control of Dynamic Systems Addison Wesley ISBN 0 201 33153 5 1997 5 A Cavallo R Setola F Vasca Using Matlab Simulink and control system toolbox A practical approach Prentice Hall Europe UK 1996 6 MATLAB High performance Numeric Computation and Visualiza tion Software Reference Guide The Math Works Inc April 1993 7 SIMULINK The dynamic system simulation software user s guide MathWorks Inc April 1993 8 A F Potvin Nonlinear control design toolbox The Math Works Inc 1993 9 Milton C Shaw Metal Cutting Principles Oxford University Press ISBN 0 19 859002 4 1984 0 7803 7912 8 03 17 00 2003 IEEE ISIE2003 A8 ANEXO 2 Manual de utilizador do serrote autom tico Maquisis com corte angular auss SISTEMAS AUTOM TICOS S A 1 CARACTER STICAS T CNICAS Comprimento m ximo dos tubos 6500 mm ngulo de corte 55 a 55 Cores da m quina Cinzento escuro RAL 5008 Cinzento claro RAL 7038 Azul RAL xxxx Amarelo RAL 1021 Tens o de alimenta
85. empo de corte usando o corte inteligente n o melhorado Contudo a dura o da serra bastante afectada conseguindo desta vez muitos mais cortes at troca da serra Isto acontece devido ao grande desgaste que ocorre no in cio e no fim do corte usando uma velocidade constante Qualidade da serra ao longo dos cortes e dura o em cada corte corte em tubo circular 100 Corte Inteligente qualidade da serra Ql O dura o em cada corte s 40 Corte Convencional 20 Tempo no Corte Inteligente s 304 Tempo no Corte Convencional s 18 20 16 10 14 0 12 0 200 400 600 800 1000 numero de cortes Figura 38 Evolu o da qualidade da serra no corte convencional e no corte inteligente Sistema Inteligente para Auto parametriza o RESULTADOS em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 58 Sendo muito dificil quantificar o desgaste de uma serra de disco pode se contudo aferi lo indirectamente atrav s da qualidade de corte do ru do que produz e pela temperatura que atinge durante o corte Usando o corte inteligente pode se utilizar tamb m o tempo de corte para quantificar o desgaste de um disco de serra pelo aumento do tempo de corte Com essa informa o pode se verificar que com o corte inteligente o desgaste de um disco de serra proporcional ao n mero de cortes Com uma velocidade constante de corte a veloc
86. empre que o di metro do material a cortar alterado Este ajuste bastante frequente e relativamente dif cil de efectuar devido sua localiza o e sua import ncia no tempo de ciclo da m quina As m quinas actualmente desenvolvidas n o possuem nenhum sistema de decis o que permita a parametriza o em tempo real dos par metros da serra impedindo a respectiva correc o e optimiza o da velocidade de corte em tempo real Consequentemente os sistemas actuais dependem dos par metros introduzidos pelo operador e efectuam o corte com uma velocidade constante necessitando de ajustes de fins de curso para a detec o de inicio e fim de corte Sistema Inteligente para Auto parametriza o INTRODU O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 7 1 4 Objectivos e Abordagem Os objectivos desta disserta o incluem o estudo e implementa o de um sistema inteligente para auto parametriza o em tempo real da serra circular para o corte de tubos ou barras met licas Este sistema tem como objectivo permitir o ajuste de par metros durante o processo de corte optimizando assim o corte por arranque de apara Esta optimiza o conseguida mantendo o bin rio constante num valor nominal na serra durante todo o processo de corte Assim as velocidades da serra e do avan o s o ajustadas em tempo real durante o corte controladas pela m quina baseando se na informa o adquirida atrav s do bin rio
87. erfil em X PARTE ALTA CON M PerfilTy UDINT BCD DM134 Tamanho do perfilem Y CON M Pe asEl VINT BCD DM101 N mero de pe as por tubo alimentado a fabricar no esbarro 1 CON M Pe asE2 VINT BCD DM102 N mero de pe as por tubo alimentado a fabricar no esbarro 2 CON M Pe asE3 VINT BCD DM103 N mero de pe as por tubo alimentado a fabricar no esbarro 3 CON M Pe asPorTubo UDINT BCD DM143 CON M Pe asPorTubo hi UINT DM144 CON M Pe asPorTubo low UINT DM143 CON M PTotalP rod UDINT BCD DM114 Percentagem de pecas produzidas CON M RecuarAliment BOOL 17 06 Recuo do alimentador no modo manual CON M RotAngularDIR BOOL 48 03 Opera o manual de rota o para a direita CON M RotAngularE sq BOOL 48 04 Opera o manual de rota o para a a esquerda CON M SelMAt BOOL 70 03 Indica que est nos menus de selec o do tipo de mat a cortar CON M SeparadorMas BOOL 32 14 Activa o de separador para pe as m s CON M SerraDiametro UINT BCD DM111 Didmetro da serra CON M SerraNDentes VINT BCD DM112 N mero de dentes da serra CON M SF4 BOOL 70 00 Indica o de activa o da tecla F4 CON M StartALIM BOOL 17 01 CON M StarnARM BOOL 17 00 Inicia as opera es CON M StartCORT BOOL 17 02 CON M SubirAlavanca BOOL 32 15 Activa o manual que faz subir a alavanca CON_M_SubirCintas BOOL 17 05 Subir cintas no modo manual CON_M_TempoCiclo UINT DM180 Tempo de ciclo CON_M_TempoCiclo_tmp UINT DM182 Tempo de ciclo CON_M_TempoCorte UINT DM181 Tempo de ciclo CON_M
88. erial to be cut ranges for the saw angular velocity and forward velocity are established ISIE2003 A4 thus assuring that cutting off process runs in optimal condi tions B Cutting off Automation Cutting off Setup IDLE Start Cutting Beginning of Va Va avg Cutting off Vs Vs avg Bs gt Bcc Saw Torque gt Saw Control Start Cutting Va Va Controller Output Controller Vs Vs Controller Output Bs lt Bfc during 1 second Cutting off Va 0 Completion Vs Vs avg gt Saw torque at a given time a gt Saw Torque in idle Bcc gt Dynamic Controller Start Threshold Bce Bs Bcc Bce Tcc Bfc Bce Tfc Bfc gt Dynamic Cutting off Threshold Tcc Tfc gt Constant threshold of saw torque Va avg gt Average of forward velocity Vs avg gt Average of saw velocity Fig 7 Cutting off automation flowchart The automation cutting off process can be divided in four main stages 1 cutting off set up 2 beginning of cutting off 3 cutting off and 4 cutting off completion In the first stage cutting off set up the cutting off torque of the mo tor that drives the saw disc Bce is read in idle This value is used in dynamic threshold calculations necessary for sub sequent stages This stage is very important as cutting con ditions like temperature of machine vary throughout the day The second stage beginning of cutting off objective is a smooth beginning of the cutting off process 1 e the Line
89. erra CORT DiscoAFrente BOOL 0 08 Disco avan ado CORT DiscoATraz BOOL 0 09 Disco recuado CORT Posi oDIR BOOL 0 10 Posi o direita CORT Posi oESQ BOOL 0 11 Posi o esquerda CORT ReduzirVelAngDir BOOL 0 12 Reduzir vel ang Dir CORT ReduzirVelAngEsq BOOL 0 13 Reduzir vel ang esquerda CORT TemperaturaDisco INT 234 Temperatura do disco CORT L DifEnable BOOL 48 05 Passagem para activo CORT L VelTemp UINT 47 Valor temporario CORT L WDTStates UINT 46 Estado a monitorizar CORT_M Avaria BOOL 17 08 CORT M AvEncRot INT 245 N mero de rota es do avan o CORT M CodaAvaria VINT 21 C digo de avaria do corte CORT M CorteConcluido BOOL 33 00 Corte do tubo foi conclu do CORT M SerraACortar BOOL 33 01 Serra a cortar o tubo CORT M SerraARecuar BOOL 33 02 Serra a recuar CORT M SerraRecuada BOOL 33 03 Serra recuada CORT_Q_ActMotorAvan o BOOL 100 08 Activa o motor de avan o CORT_Q_ActMotorR efr BOOL 100 09 Activa o motor da refriga o do disco CORT Q ActMotorSerra BOOL 100 10 Activa motor da serra CORT Q FreioRotAngular BOOL 100 11 Activa o freio da rota o angular CORT Q RotacaoLenta BOOL 100 15 Vel de rota o lenta CORT Q RotacaoRapida BOOL 100 14 Vel de rota o r pida CORT Q RotAngulaDIR BOOL 100 12 Rota o angular para a direita CORT Q RotAngularESQ BOOL 100 13 Rota o para a esquerda CORT Q VelMotorAvan o INT 237 Velocidade do motor de avan o CORT Q VelMotorSerra INT 236 Velocidade do motor da
90. espectively the profile of a tube and a rod are shown If materials with such profiles were to be cut the exact amount of material that had to be removed at a specific point is also shown assuming that cutting 1s performed by a linear saw The amount of material to be removed is closely linked to the required torque to be applied on the saw The cutting torque requirements depend on the profile of the pipe rod or bar as shown in Figures and 2 Rod Profile eT m m F r eT Fa Pa mm m Fm Pa mm mm Cutting Material Cutting Direction Fig2 Rod Cutting In Figure 1 the required cutting torque 1s higher at the beginning and at the end of the profile rather than in the middle of the pipe In the middle region of the pipe the re quired torque has its lowest value because in this region ISIE2003 A3 the amount of material to be removed is minimum On the opposite when a rod is cut the required cutting torque in its middle region is maximum because more material has Square Pipe Profile Cutting Direction Fig 3 Square pipe Cutting to be removed The cutting of rectangular or square profiles either hol low or not present considerably different cutting torque requirements In Figure 3 and Figure 4 the same square profile is shown in two different cutting positions The cutting torque requirements for each position are also presented In Fig ure 3 the required
91. etirar maior volume de material O valor do binario da serra apresenta um valor maximo de 185 2 Nm ultrapassando os 20 do valor pretendido e causando assim um maior desgaste da serra e da maquina Por outro lado o valor minimo do binario abaixo de 100 Nm durante muito tempo causando um baixo rendimento da m quina O resultado desta grande varia o prejudica o tempo de corte que tem o valor de 17 51 segundos 2 3 2 Controlador proporcional Usando o controlador proporcional as velocidades s o ajustadas para que o bin rio da serra seja constante Efectuaram se duas simula es com diferentes bin rios de Ini Out Gain refer ncia Figura 8 Controlador Proporcional Com o controlador proporcional as velocidades da serra e do avan o s o ajustadas em fun o do bin rio da serra No gr fico pode se ver na Figura 9 esse ajuste para uma refer ncia de 120 Nm O bin rio m ximo da serra tem o valor de 139 2 Nme o corte efectuado em 14 22 segundos Verifica se assim um corte mais r pido e com um bin rio m ximo menor No entanto n o se est a aproveitar o potencial da m quina pois o bin rio de refer ncia encontra se abaixo do pretendido Passando o bin rio de refer ncia para 150 Nm Figura 10 obt m se um corte com valores mais pr ximos dos nominais Sistema Inteligente para Auto parametriza o MODELOS E CONTROLADORES em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 17 Corte
92. finidas as vari veis a exportar sendo estas enviadas pelo aut mato PLC via RS232 em cada 10ms para o servidor OPC Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 52 O programa em LabView abre uma liga o ao servidor OPC actualizando o valor das vari veis a monitorizar Tempo de amostragem ms 1324 50000 stop 2 a p gravar Comunica o OK ope localhost E OMRON OpenDataServer 1 CORT O VelMotorSerra opc ocalhost i E 0 M R 0 N e 0 penD ataS erver 1 i a tet Nessa SE Sc SE di aaa 1 Mp PO PO PP PO PO PO POP PO PO PO PO PO PO PO POP PO PP PP PO PP PP PO PO PP PO PO PP POP PO PP POP PO PO POP PO PP POP PO PO PO PO PO PP PO PO PO PO PP PO PP o CORT OQ VelMotor van o i NE velocidade de corte rpm ope focahost asma RES ps P a E locidade d rnin OMRON OpenDataServer 1 ao ee CORT BinarioMotorSerra lS 3 RESET ea TS near ope localhost OMBON OpenDataServer 1 CORT BinarioMotorvan o mada Bin rio de avan o DEL ft opc localhost OMRON OpenDataServer 1 CORT TemperaturaDisco Wy tempo ciclo Es Operacional fi PVisiblel 4 Figura 35 Diagrama principal do programa de LabView Esta topologia pode ser usada tamb m para actuar directamente nas vari veis internas do aut mato podendo assim intervir directamente no processo No diagrama
93. funcionamento dos m dulos XII 10 10 12 13 14 15 16 17 19 22 24 26 26 28 28 29 34 35 35 vill 3 3 Corte Inteligente 41 3 3 1 Sensores 43 3 3 2 Actuadores 43 3 3 3 C lculos de Setup 44 3 3 4 Sequ ncia de corte 46 3 35 Controlador 49 3 4 Monitorizagao do corte 51 3 4 1 Implementa o do sistema de monitoriza o 52 4 RESULTADOS 95 5 CONCLUS ES E TRABALHO FUTURO 60 5 1 Conclus es 60 5 2 Trabalho Futuro 62 6 BIBLIOGRAFIA 63 ANEXOS A1 ANEXO 1 Artigo apresentado na confer ncia ISIE2003 A2 ANEXO 2 Manual de utilizador do serrote autom tico Maquisis com corte angular A9 ANEXO 3 Estrutura do programa do serrote autom tico Maquisis com corte angular A28 ANEXO 4 Fluxogramas da sequ ncia de cada m dulo do programa A30 ANEXO 5 Listagem do m dulo de corte do programa do serrote autom tico Maquisis A34 1X INDICE DE FIGURAS Figura 1 Material a retirar durante o corte Figura 2 Corte com serra circular Figura 3 Motor redu o mec nica e serra Figura 4 Modelo de corte de tubo ou barra circular Figura 5 Modelo de corte de tubo ou barra quadrada Figura 6 Modelo do template de corte Figura 7 Corte de tubo circular com velocidade constante Figura 8 Controlador Proporcional Figura 9 Corte de tubo circular usando controlador proporcional ref 120 Figura 10 Corte de tubo circular usando controlador proporcional ref 150 Figura 11 Controlador Pl Figura 12 Corte de tubo circu
94. ge of allowed values supplied by the saw disc manufacturer according to the type of material being cut C Cutting off Controller In Figure 8 a template of the controller implemented in this project is shown where the Control Method box can include a control method like PID fuzzy controller or other control strategies 2 3 This control strategy uses a single reference accordingly a single output is generated which in turn 1s used for calculation of angular and forward velocity of the saw Also the controller must guaranty at all times that the output values are always within the re commended range of values Cutting off Process Saturation Figure 8 Intelligent Cutting off Controller ANEXO 1 ISIE2003 AS Thickness Cutting square tube at t cutted Cutting interior ones square tube ul itt u2 i EI int out PC 6 u3 STOP Simulation STOP if ui 0 amp 8 u2 0 amp U3 gt 0 If Action Fig 9 Matlab Simulink Tube cutting off process The reference torque B ref allows the adjustment of the type of cutting to be performed 1 e a low reference torque defines a soft slow cut whereas a high reference torque de fines a hard fast cutting The average angular velocity Vs avg and the average forward velocity Va avg are calculated using a linear in terpolation These average velocities are used as initial out put values 4 The controller input is the error between referen
95. guintes e Zona de descarga e Sistema de accionamento do armaz m e Sistema de pr alimenta o do tubo eleva o do tubo e Sistema de aperto do tubo no arraste e Zona do esbarro deslocamento do tubo na zona de descarga e Sistema de corte e Mordentes de fixa o do tubo durante o corte e Sistema de arraste do tubo 5 1 Protec o Contra Falhas de Tens o Para evitar arranques intempestivos da m quina na eventualidade de uma falha ou quebra de tens o da rede colocou se um dispositivo que inibe o seu arranque sem a interven o do operador O dispositivo dispara o disjuntor de entrada dispon vel no quadro el ctrico caso exista uma falha de tens o a montante do seccionador Para rearmar a m quina ser necess rio activar o referido disjuntor 5 2 Emerg ncia A m quina possui uma botoneira de emerg ncia com encravamento no painel geral de comando Quando pressionada fica encravada devendo rodar se para desencravar Na parte traseira do armaz m est localizada uma botoneira de cogumelo destinada paragem de emerg ncia A m quina possui ainda uma emerg ncia por cabo Quando se puxa o cabo a botoneira encrava e p ra a m quina Para desencravar puxe o bot o no corpo do dispositivo de disparo colocado no extremo do cabo ANEXO 2 Serrote Autom tico Maquisis A14 Manual de utiliza o 6 INSTALACAO 6 1 ELEVA O E TRANSPORTE Na necessidade de transportar a m quina para outro local
96. ica o Para um funcionamento sem falhas necess rio ter em aten o os seguintes pontos e Efectuar a purga da gua condensada sempre que necess rio Para isso basta pressionar o pino existente no fundo do dep sito de gua Esta opera o pode ser realizada com a m quina em funcionamento e O n vel de lubrificante deve ser regularmente observado e no caso de ser necess rio acrescentado O n vel deve encontrar se a 3 4 do dep sito Esta opera o tem que ser feita com a m quina sem press o na entrada da unidade Para retirar o dep sito basta rod lo 45 para a esquerda e Para regular a lubrifica o existe um pequeno parafuso no topo do dep sito como indica o 3 gotas por minuto s o suficientes e O leo aconselhado um leo fino com viscosidade de 32 cst FUCHS RENOLIN B 10 8 5 INSPEC ES PERI DICAS Estas inspec es t m como principal objectivo determinar o estado da m quina evitando futuras paragens em tempo til por falta de manuten o Os pontos que devem ser periodicamente verificados s o e o estado dos detectores de proximidade constatando se estes est o soltos ou a raspar em alguma pe a e a exist ncia de fugas no circuito de ar comprimido Para isso deve utilizar se um pincel com gua e sab o para as detectar Em caso de se confirmar alguma fuga esta deve ser reparada o mais depressa poss vel e a tens o das correntes de transmiss o e Oo aperto dos
97. idade de avan o obriga a serra a avan ar mesmo que esta n o consiga cortar nas perfeitas condi es Isso vai provocar um desgaste exponencial o que explica uma menor dura o da serra de disco Na Figura 38 pode se verificar que quando se efectua um total de 200 cortes o corte convencional provoca menos desgaste na serra do que o corte inteligente Isto acontece pois a velocidade de corte no corte convencional parametrizada para as piores condi es que apenas acontecem durante um curto per odo Esta parametriza o afecta directamente o tempo de corte sendo este mais elevado comparativamente ao corte inteligente Quando o desgaste da serra come a a acentuar se o corte inteligente come a O O compensar diminuindo a velocidade de corte e consequentemente aumentando D tempo de corte Desta forma o desgaste que ocorre na serra no corte inteligente proporcional ao n mero de cortes efectuados No corte convencional n o efectuado ajuste de velocidade o que provoca um desgaste exponencial na serra Quando a serra no corte convencional se encontra bastante m o tempo de corte aumenta ligeiramente Esta situa o acabar for osamente na danifica o definitiva da serra de disco Sistema Inteligente para Auto parametriza o RESULTADOS em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 59 5 CONCLUSOES E TRABALHO FUTURO 5 1 Conclusoes Os resultados comprovam de facto que o corte in
98. ido Este modelo simplifica o controlo deste processo para que os controladores tenham apenas uma entrada e uma sa da Deste modo o modelo calcula o erro de bin rio que ser usado como entrada para os controladores A sa da dos controladores um ajuste de velocidade que ser somado aos valores m dios das velocidades da serra e do avan o Este modelo garante que os par metros da velocidade da serra e da velocidade de avan o se encontrem sempre nos limites correctos O tempo de corte pode ser visualizado de imediato podendo tamb m visualizar se toda a evolu o do processo de corte Com o objectivo de simular diferentes controladores basta alterar o bloco control method para o controlador que se pretende estudar como por exemplo PID Fuzzy De forma a simular cortes em perfis com geometria diferente altera se o bloco do processo de corte ajustando depois os par metros de geometria Sistema Inteligente para Auto parametriza o MODELOS E CONTROLADORES em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 14 BREF o o Mecanical Vs avg ini Outi B Ref BREF Control Method Torque Ref BSAW Saw Torque VS a wo lt E SimData lt Forward Vel Cutting Tube Stop Simulation 17 5 ZERO A ipa A Clock Cutting Time Figura 6 Modelo do template de corte Saturation O valor do bin rio conver
99. igura 5 Modelo de corte de tubo ou barra quadrada Para o c lculo do material retirado a cada momento necess rio calcular a posi o onde se encontra o corte Dependendo da posi o o valor do material retirado igual ao lado do quadrado No caso do corte se encontrar no interior do tubo o valor igual espessura do lado S o necess rias duas compara es as quais identificam cada uma das situa es O c lculo efectuado para metade do tubo sendo por isso necess rio multiplicar por dois para obter o valor correcto de bin rio da serra Sistema Inteligente para Auto parametriza o MODELOS E CONTROLADORES em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 13 2 2 Modelo template para teste dos controladores O modelo template para teste dos controladores tem como objectivo criar uma plataforma que permita comparar os varios desempenhos de cada tipo de controlador Este modelo faz a liga o entre os controladores e o processo de corte permitindo visualizar os par metros mais relevantes do processo de corte tais como o bin rio da serra o bin rio de refer ncia a velocidade da serra e a velocidade de avan o ainda neste modelo que se definem as condi es de simula o como por exemplo a geometria as dimens es do tubo ou do bar o o bin rio de atrito do cabe ote da m quina as gamas de velocidade da serra e do avan o e por fim o bin rio de refer ncia pretend
100. ilizador pode verificar tempos de corte pe as produzidas pe as ainda por produzir e estat sticas 3 3 Corte Inteligente De forma a conseguir implementar o corte inteligente de tubo ou de perfis met licos foi necess rio definir a forma de como obter os par metros mais relevantes do processo e definir os respectivos actuadores Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 41 Levando em conta que a implementa o do controlador realizado por um automato OMRON de gama baixa modelo CQM1H foi necess rio reduzir as entradas apenas para o essencial Desta forma foi unicamente usada a informa o do bin rio da serra Contudo o bin rio do avan o pode ser visualizado no sistema de monitoriza o A informa o dos sensores adquirida no aut mato atrav s de entradas anal gicas permitindo uma comunica o mais r pida A actua o tamb m efectuada recorrendo a sa das anal gicas ADC 11bit Variador de Bin rio da Velocidade serra S EW Movidrive DAC 11bit S Velocidade MCV40A0040 da serra Encoder Motor de Indu o Aut mato PC OPC OMRON alento CQM1H Resolver DAC 11bit SEW gt Sistema de Velocidade Movidrive Va do avanco monitoriza o MCS40A0022 ADC 11bit Bin rio do Variador de avanco Velocidade ervo Motor Figura 28 Esquem
101. in rio da serra Nm velocidade da serra rpm velocidade de avan o mm min 0 2 4 6 8 10 12 tempo s Figura 17 Corte de tubo circular usando controlador Fuzzy ref 150 2 3 5 Resultados das simula es Pode se ent o concluir que quanto maior for o bin rio de refer ncia menor sera o tempo de corte Por outro lado a serra e a m quina sofrem um maior esfor o Quanto melhor for o desempenho do controlador isto o erro acumulado for menor melhor ser a performance do processo de corte Mas nem sempre isso poss vel devido s limita es dos actuadores Assim a escolha do controlador a usar deve ser efectuada n o s pelo tempo de corte mas tamb m pelo valor m ximo de bin rio da serra Sistema Inteligente para Auto parametriza o MODELOS E CONTROLADORES em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 24 Verificou se a necessidade soft start para evitar uma escalada de velocidade antes e durante o inicio do corte nee Binario Tempo Controlador maximo de E em PN constante sem controlador 185 EJ 175 ie Proporcional Controlador Proporcional Controlador PI dn E te velocidade de avan o limitada at A ESRARI sem limitar a velocidade de avan o Controlador Fuzzy Tabela 2 Resultados das simula es dos v rios controladores Controlador simples e erformance Controlador Proporcional Controlador Proporcional PR P previs vel Media A proble
102. ing Off Real Data 300 E E saw velocity rpm 130 forward velocity mm min saw torque Nm saw torque Saw velocity forward velocity 0 I L 1 L L i 0 2 4 6 8 10 12 14 16 b s Mmi time 8 Fig 15 Cutting off of circular profile tube real cutting off data In the downloaded data it is possible to identify all the automation process stages above described In figure 15 the real monitored data can be seen It represents tube with round profile cutting off using a circu lar saw using a proportional controller The three curves shown 1n the figure represent the saw disc torque saw rota tion velocity and forward velocity It can be divided in four regions Cutting Start Cutting Cutting End Moving backwards the Saw In the first region the cutting start is detected when the saw torque is higher than the threshold In the second the cutting process occurs using a Propor tional controller In the third interval it can be seen the de tection of the completion of the cutting The forward and saw velocities increase because there is no relevant saw torque for more than 1 second Afterwards the saw starts moving backward ANEXO 1 Cutting Saw cuts time s per disc 14 18 1000 24 26 1500 46 52 1450 Tube Cutting off circular profile R 100mm E 1 0mm standard cutting off circular profile R 100mm E 10mm intelligent cutting off nominal
103. io das for as exercidas em cada dente que est em contacto com a pe a a cortar A velocidade de corte define a quantidade de material a retirar em cada dente Sistema Inteligente para Auto parametriza o INTRODU O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 2 Com uma velocidade de corte constante a serra sofre for as vari veis ao longo do corte Isto deve se ao facto de a quantidade de material a arrancar n o ser constante No caso por exemplo de um tubo redondo Figura 1 a a serra ter que arrancar mais material no in cio e no fim do corte No momento em que se encontra no meio do tubo esta arranca menos quantidade de material sujeitando a serra a um menor esfor o Devido a este facto necess rio parametrizar a velocidade de corte para o pior caso isto quando a serra est a cortar o in cio ou o fim do tubo Se por um lado o valor da velocidade de corte for excessivo o desgaste da serra e da m quina ser acentuado Por outro lado se a velocidade de corte for demasiado baixa o tempo de corte ser maior reduzindo assim o rendimento da m quina de corte autom tico No corte por arranque de apara a quantidade de material a arrancar est directamente relacionada com a for a que a serra apresenta em cada momento 1 Na Figura 1 pode se ver a quantidade de material a retirar quando efectuado o corte Essa quantidade varia em fun o da forma da sec o do tubo Na Figura 1
104. lar usando controlador PI ref 120 Figura 13 Corte de tubo circular usando controlador PI ref 150 Figura 14 Corte de tubo circular usando controlador PI ref 150 sem satura o de velocidade de avan o Figura 15 Controlador Fuzzy Figura 16 Corte de tubo circular usando controlador Fuzzy ref 120 Figura 17 Corte de tubo circular usando controlador Fuzzy ref 150 Figura 18 Cortes poss veis no serrote autom tico de corte angular Maquisis Figura 19 Disposi o do serrote autom tico Maquisis Figura 20 Serrote autom tico MAQUISIS pormenor do Armaz m Figura 21 Serrote autom tico MAQUISIS Armaz m armaz m inclinado Figura 22 Serrote autom tico MAQUISIS Arraste Figura 23 Serrote autom tico MAQUISIS esbarro e aparadeira Figura 24 Serrote autom tico MAQUISIS Mordentes Figura 25 Serrote autom tico MAQUISIS Corte vista traseira Figura 26 Rota o do ngulo de corte Figura 27 Serrote autom tico MAQUISIS Descarga 12 13 15 16 17 18 19 19 20 21 22 22 23 24 2 28 29 30 31 31 32 33 33 34 Figura 28 Figura 29 Figura 30 Figura 31 Figura 32 Figura 33 Figura 34 Figura 35 Figura 36 Figura 37 Figura 38 Esquema de controlo do corte inteligente Engrenagens do cabe ote da serra Sistema mec nico para o movimento do avan o Sequ ncia de corte Evolu o do bin rio da serra em vazio nos primeiros minutos
105. limite de curso recuado para a posi o inicial Introduzir o di metro e o n mero de dentes do disco na configura o da m quina Fechar a porta traseira Serrote Autom tico Maquisis A25 Manual de utiliza o 8 2 LUBRIFICACAO A maquina necessita apenas de Guia de deslocamento do cabe ote de corte Sistema de inclina o do cabe ote corte angular Correntes de transmiss o O leo recomendado leo FUCHS RENEP 2 Fornecedor FUCHS Os 3 pontos de lubrifica o descritos acima dever o ser lubrificados no in cio de cada turno de trabalho O cabe ote de corte possui um visor para verificar o n vel de leo no seu interior Este ponto deve ser verificado semanalmente acrescentan fluido lubrificante se necess rio O leo recomendado leo V LVOLINA FUCHS CLP 320 Fornecedor FUCHS 8 3 FLU DO DE CORTE O flu do de corte encontra se num dep sito aberto situado por baixo da zona de queda das pe as cortadas O flu do deve ser substitu do todos os meses ou antes no caso de se apresentar muito degradado Lavar o dep sito com gua A capacidade do dep sito de cerca de 150 litros O flu do de corte aconselhado um leo sol vel em gua FUCHS RATAK MK 6 ANEXO 2 Serrote Autom tico Maquisis A26 Manual de utiliza o 8 4 UNIDADE DE MANUTEN O DO AR COMPRIMIDO Esta unidade respons vel pela qualidade do ar comprimido em termos de humidade e lubrif
106. lus o de que o bin rio instant neo est directamente relacionado com a quantidade de material a retirar em cada instante Sistema Inteligente para Auto parametriza o MODELOS E CONTROLADORES em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 10 No corte por arranque de apara com serra circular ou l mina necess rio definir a velocidade tangencial e a velocidade de avan o Estes par metros bem como as defini es do perfil a cortar s o os nicos par metros de entrada dos modelos do processo de corte Devido ao formato dos dentes da serra a velocidade tangencial ter sempre o mesmo sentido Os modelos apenas permitem velocidade tangencial positiva caso contr rio os valores que retornam s o incorrectos A velocidade de avan o pode tomar valores positivos e negativos No caso de valores positivos estes indicam que a serra est a avan ar pelo perfil No caso de valores negativos a serra est a recuar isto a afastar se do perfil Os modelos t m como sa das o bin rio da serra os valores da geometria do perfil do tubo e a determina o do fim do corte O bin rio de sa da calculado atrav s do integral da rea do perfil do tubo em fun o do deslocamento da serra O deslocamento calculado em fun o das velocidades que entram no modelo No caso da velocidade de avan o ser negativa o bin rio da serra igual a zero n o sendo portanto considerado o atrito do tubo na parte
107. m Velocidade de avan o mm min 6 8 10 12 tempo s Figura 10 Corte de tubo circular usando controlador proporcional ref 150 2 3 3 Controlador PI Usando o controlador PI pretende se obter ainda melhores resultados do que um simples controlador proporcional KI Integrator Figura 11 Controlador PI Sistema Inteligente para Auto parametriza o MODELOS E CONTROLADORES em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 19 Na Figura 11 pode se verificar o desempenho do controlador PI com a refer ncia de 120 Nm O seguimento da refer ncia favor vel resultando num tempo de corte de aproximadamente 13 16 segundos Pode se verificar o ajuste que a velocidade de avan o efectua durante o tempo em que a velocidade da serra est saturada Este ajuste provocado pela parte integrativa do controlador obrigando a velocidade de avan o a aumentar para que a serra tenha sempre o mesmo bin rio O bin rio m ximo n o ultrapassa os 132 Nm Corte com Controlador PI ref 120 O coco VOR TESS CEE Ecs dad atra Cs no sera tas ai amp ee ee ee ae ee mm A Eid tale ae POT re r velocidade rpm mm min bin rio Nm refer ncia Nm bin rio da serra Nm velocidade da serra rpm Velocidade de avan o mm min tempo s Figura 12 Corte de tubo circular usando controlador PI ref 120 Contudo o controlador PI apresenta um problema grave aquando da sat
108. m movimentar a serra rapidamente abrandando na parte final do movimento Motor do avan o Parafuso sem fim do avan o Motor da rota o do ngulo de corte LE i Figura 26 Rota o do ngulo de corte Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 33 3 1 3 4 Descarga Ap s a conclus o do corte o mordente da rebarba desactivado e a aparadeira desce efectuando se assim a descarga da pe a cortada Mordente da Rebarba Figura 27 Serrote autom tico MAQUISIS Descarga De seguida a pe as cai ent o para a parte da frente ou para tr s dependendo da posi o do separador de pe as A rebarba e a ponta final caem sempre para a parte de tr s sendo tamb m poss vel configurar o destino das restantes pe as 3 2 Software implementado Todo o software necess rio para a m quina foi implementado em diagrama de escada para o aut mato OMRON modelo CQM1H Este software inclui toda a sequ ncia de funcionamento da m quina as fun es de seguran a e as fun es manuais para todas as opera es Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 34 3 2 1 Modulos de Software da maquina De forma a facilitar a compreens o do programa a sua manuten o a inser o de novas op es e a permitir o desenvolvimento por uma equipa de pr
109. ma de Controlador PI performance e E A satura o dois par metros boa muitos performance e par metros Controlador FUZZY ajust vel para de dif cil sistemas n o manuten o e lineares implementa o Tabela 3 Pr s e Contras dos controladores simulados O controlador proporcional o escolhido para a implementa o pr tica por ser ter e mais simples para uma implementa o num PLC e mais previs vel e menos parametros para ajustar e performance media e manuten o facilitada Sistema Inteligente para Auto parametriza o MODELOS E CONTROLADORES em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 25 3 IMPLEMENTA O O corte inteligente foi implementado num serrote autom tico MAQUISIS A implementa o foi orientada para uso comercial imediato tendo sido dada especial aten o estrutura do software e s solu es encontradas A programa o anterior da m quina foi alterada tendo sido dividida em m dulos que permitem definir as tarefas e facilitar a sua manuten o A programa o efectuou se num aut mato PLC tornando poss vel a sua utiliza o em ambiente industrial Para al m do corte inteligente foi necess rio implementar toda a sequ ncia de funcionamento bem como a interface com o utilizador da m quina O modo de funcionamento seguiu o standard das m quinas MAQUISIS O controlador proporcional foi escolhido para uma implementa o inicial devido sua simplicidade
110. n o ka A constante do avan o maior do que a constante da serra para garantir que quando o valor da serra diminui devido ao bin rio o avan o diminua ainda mais e assim efectue uma verdadeira redu o no bin rio de corte O mesmo acontece quando necess rio aumentar a velocidade As velocidades calculadas passam por um bloco limitador parametrizado no setup O qual garante que os par metros de corte nunca tenham valores fora dos valores ideais do material a cortar A sa da do controlador portanto um ajuste de velocidade tornando assim mais robusto o controlador pois caso os par metros sejam demasiado baixos a velocidade mant m se aproximadamente constante e igual ao valor m dio Este facto muito importante pois cada serrote tem as suas constantes e por sua vez torna o software mais simples e facilmente parametriz vel 3 4 Monitoriza o do corte O sistema de monitoriza o do processo de corte tem como objectivo visualizar em tempo real as principais vari veis do processo de corte permitindo assim analisar o comportamento do controlador e permitir ajustar posteriormente os par metros Os par metros monitorizados s o o bin rio do motor da serra o bin rio do motor do avan o a velocidade do disco da serra e a velocidade de avan o O sistema de monitoriza o est tamb m preparado para analisar a temperatura do disco da serra caso o sensor esteja instalado Sistema Inteligent
111. o e os tubos que ainda faltam cortar Falt Pode se tamb m ver o numero de pe as por cortar no tubo E1 e E2 Estes valores podem ser ajustados ap s um encravamento F3 Permite ter acesso ao menu de tempo de ciclo 7 2 3 CONFIGURA O SETUP Deve recorrer a este menu sempre que deseja e trocar a serra de disco e trocar de tipo de material a cortar e parametrizar o corte inteligente e configurar a espera para a subida da aparadeira ANEXO 2 Serrote Autom tico Maquisis A22 Manual de utilizagao We Hire AS E SISTEMAS AUTOM TICOS S A 5 pi EESEL Gor tes F4 SAIR Material config Fet Fog Sel Material TIF cos at DAE n F4 SAIR Config Material Fet F35 Sel Material Serra Daia AAA He HIN Avance AAA HH FU SAIR Contisurac FE Corta Binario Recto ei F4 SAIR Tempo de espera 6 d eg F4 SAIK em baixo ANEXO 2 Sempre que o serra trocada deve introduzir se o respectivo di metro bem como o n mero de dentes de forma a parametrizar automaticamente a velocidade ideal de corte Deve tamb m fazer se reset ao n mero de cortes de forma a verificar posteriormente a altura ideal para a troca da serra de disco AVISO Se houver valores errados nestes par metros para a serra montada na m quina esta pode causar m qualidade ou falta de efici ncia no corte Neste menu deve se escolher com as teclas F2 e F3 o tipo de material que vai cortar Este par
112. o 400V trif sico com terra e neutro Pot ncia total 6 5 kW ANEXO 2 Serrote Autom tico Maquisis A10 Manual de utiliza o We MA pi AS E SISTEMAS AUTOM TICOS S A 2 DESCRI O DA M QUINA O serrote autom tico Maquisis foi concebido para efectuar cortes com possibilidade de corte inteligente em dois ngulos O corte inteligente consiste no doseamento da velocidade de corte em fun o do bin rio da serra Por conseguinte quando o bin rio da serra for maior as velocidades do avan o e da serra diminuir o Caso contr rio se o bin rio da serra for menor ser o aumentadas as velocidades de avan o e da serra Com o corte inteligente poupado o disco da serra bem como se diminui o tempo de ciclo O armaz m permite que seja carregado um atado de tubo ficando a partir da preparado para funcionar em modo autom tico sem necessidade de interven o directa do operador Ap s ter sido definido o comprimento de corte pretendido o serrote executa automaticamente o ciclo de corte com rejei o das pontas iniciais e finais do tubo Para esse efeito disp e de um sistema separador que faz cair as pe as boas para um dos lados da m quina lado do operador e as pontas de tubo para o outro lado lado de tr s da m quina A afina o do comprimento de corte pretendido bastante simples de se efectuar podendo em caso de necessidade fazer se um ajuste fino O disco de serra refrigerado e lubrificado atrav s d
113. o WDT ALIM_L_WDTStates UINT 24 Estado em que o WATCH DOG est a funcionar ALIM M ACarregarOTubo BOOL 22 11 Alavanca desce com tubo ALIM M ArrasteConclu do BOOL 22 05 Arraste conclu do ALIM M Avaria BOOL 16 01 ALIM M CiclolniDONE BOOL 22 04 Indica que a opera o est concluida ALIM M CodAvaria UINT 23 C digo que identifica um erro no alimentador ALIM_M_ComPontalnicial BOOL 84 02 Indica que nao tem ponta inicial ALIM M CorteDaPontalnicial BOOL 16 15 Indica que est a cortar a ponta inicial da pe a ALIM_M_DescargaCompleta BOOL 84 04 Indica que a descarga foi concluida ALIM M DeslActEsbarro VINT BCD 31 Deslocamento at ao esbarro activo ALIM M EncoderNEG BOOL 231 15 Indica que o deslocamento negativo ALIM M EsbarrolAct BOOL 22 08 Esbarro Activo ALIM M EsbarroZAct BOOL 22 09 Esbarro Activo ALIM M Esbarro3Act BOOL 22 10 Esbarro Activo ALIM M Parado BOOL 22 02 Indica que o processo est parado ALIM M PecasProd UDINT BCD DM120 N mero de pe as produzidas ALIM M PecasProdE1 VINT BCD DM122 N mero de pe as produzidas com o tamanho do Esbarro 1 ALIM M PecasProdE2 VINT BCD DM123 N mero de pe as produzidas com o tamanho do Esbarro 2 ALIM M PecasProdE3 VINT BCD DM124 N mero de pe as produzidas com o tamanho do Esbarro 3 ALIM M PosicaoSeparadorP ecas BOOL 84 03 Indica a posi o em que o separador tem que estar 0 Boas 1 M s ALIM M PosicaoESQDIR BOOL 22 01 Indica a posi o a cortar ALIM M PrimeiroCorte BOOL 22 15 Indica que est a
114. o autom Manual Rota Temporizad 45 01 22 01 CORT S 0 ALIM M Po CORT Po CORTI Po Ciclo de inici Indica que p Posi o di Posi o a e 0 09 Rota o para a Esquerda CORT_ Dis CORT QR Disco Recua Rota o par 001905 45 00 17 02 17 03 48 03 TIMOOS CORTS 0 CON M Sta CON M Aut CON M Ro TempBatRot Estado deR modo autom Manual Rota Temporizad 45 01 22 01 CORTS 0 ALIM M Po CORTI Po CORTIPo Ciclo de inici Indica que p Posi oae Posi o di 0 09 Rota o angular para a Q direita CORT Dis CORT QR Disco Recua Rotacao An 000005 Freio do motor da rota o angular 001919 100 12 100 11 Activa o freio da rota o angular CORT QR CORT _Q Fr Rotacao An Activa o Frei 100 13 CORT QR Rota o par ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CORT OUTPUTS A51 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000006 Velocidade de rota o angular 001922 45 00 100 12 100 15 Vel de rota o lenta CORTS 0 CORTQR CORT QR Estado de R Rota o An Vel de rota 100 13 CORT QR Rota o par 100 12 0 12 CORT QR CORT I Re Rota o An Reduzir Vel 100 13 0 13 CORT QR CORT I Re Rota o par Reduzir Vel 000007 Motor da R efri 001933 45 00 17 02 17 03 48 01 100 09 Activa o motor da refrigera ao do disco CORT S 0 CON_M Sta CON M Aut CON M Act CORT QA Estado deR modo autom Manual activ Activa o mot 45 01 CORTS O Ciclo de inici 45 02 CORT S 0 Avancar par 4
115. obragem bidimensional e tridimensional de arame e tubos transfers para fura o broqueamento e roscagem autom tica A Maquisis tem tamb m desenvolvido uma linha completa de equipamentos standard CNC para dobragem de arame CNC para dobragem de tubo serrotes autom ticos e transfers CNC A Maquisis est preparada para resolver problemas na rea da automa o de ind stria de esta es locais de trabalho e de linhas de montagem autom ticas Esta encontra se munida de recursos materiais e humanos de elevado n vel de forma o e treino com larga experi ncia e pr tica de engenharia no design na constru o e em servi os de p s venda das solu es fornecidas A Maquisis lidera a Investiga o e Desenvolvimento Tecnol gico Portugu s na rea de desenvolvimento projecto e fabrico de equipamentos para a automa o industrial A optimiza o do processo de corte nas m quinas de corte autom tico faz com que o serrote Maquisis seja um dos mais tecnologicamente avan ados do mercado 1 1 Defini o do problema As m quinas de corte autom tico para corte de tubos ou perfis met licos usam uma metodologia de corte por arranque de apara Esta metodologia consiste em arrancar pequenas aparas de material a cada passagem do dente da serra A quantidade de material a retirar por dente depende da geometria deste Em cada dente exercida uma for a proporcional ao material a retirar A for a exercida na serra o somat r
116. of the circular saw DO r OJIJI D 3 Va s Fig 6 Intelligent Cutting off Controller The set up of these velocities depends on several fac tors namely the type of material to be cut diameter of the circular saw number of teeth of the circular saw and shape of the teeth of the circular saw Saw manufacturers provide the adequate range of velocity for the saw as well as the forward velocity according to the material to be cut Saw Disc STARK Material Saw cut velocities Forward Teeth to cut V m min Az mm Steel 500 N mm 30 50 0 03 0 06 Steel 800 N mm 20 40 0 03 0 04 Steel 1200 N mm 15 25 0 02 0 03 10 50 0 01 0 03 Table 1 Stark Saw Disc range of cutting velocities The circular saw angular velocity Vs is determined from the linear cutting velocity V and the saw diame ter D V x1000 DXT Vs rpm 1 The forward velocity Va is the product of the saw an gular velocity Vs the number of saw teeth Z and the forward displacement per teeth Az Va Vs x Z x Az 2 The parameterization of the cutting process on the cut ting off machine demands from the user the knowledge of the saw disc trademark diameter of the saw number of teeth of the saw as well as the material type The allowed velocity ranges are previously stored in a table organized by trademark and cutting material From the combination of trademark of saw disc and mat
117. ogramadores foi necess rio efectuar uma divis o em m dulos Nesta divis o dividiu se a m quina Serrote autom tico em pequenas partes que constituem em si m quinas mais simples Desta forma tamb m se simplifica a programa o aquando da necessidade de opera es distintas e em simult neo Ap s a divis o da m quina em m dulos obtiveram se os seguintes m dulos M dulo Descri o Refer ncia ARMAZEM Trata se do m dulo que efectua todas as opera es ARM relacionadas com o armaz m de tubos Este respons vel por controlar as cintas e o alimentador plano e por informar a presen a de tubos ALIMENTA O Trata se do m dulo que efectua o ciclo principal da ALIM m quina Este controla os mordentes os batentes a aparadeira o separador de pe as e o arrastador de tubo CARGA Trata se de um sub m dulo da alimenta o Este CARG respons vel por colocar o tubo do armaz m no arrastador Assim controla as alavancas e a trac o do tubo Este est directamente relacionado com a alimenta o CORTE O m dulo de corte efectua o corte inteligente e toda a CORT a sequ ncia necess ria Este controla a serra o avan o o a rota o angular e a refrigera o da m quina DIAGNOSTICOS Este m dulo tem como fun o verificar as entradas de DIAG a falhas bem como centralizar a informa o de diagnostico efectuada em cada modulo Tabela 5 Modulos no software do serrote automatico Maquisis
118. parafusos nas pe as m veis e as folgas nas guias dos carros dos rolos do sistema de trac o e as folgas nas guias dos mordentes ANEXO 2 Serrote Autom tico Maquisis A27 Manual de utiliza o ANEXO 3 Estrutura do programa do serrote autom tico Maquisis com corte angular Diagrama do programa CARGA States CARGA_ Output CONTROL CALC CONTROL ROT COCO COLOCOU COLOCO ONO LOCO OCO ON COLOCO O O OO OR O OU COR OCO OO rey DIAG ALL Diagn sticos do hardware activa ou desactiva m dulos CONSOLA Comandos manuais e setup c lculos de setup SAMAZEM STATES Defini o da sequ ncia do armaz m AR MAZEM Outputs C lculo das saidas relativas ao armaz m ALIM_STATES Defini o da sequ ncia de alimenta o e descarga aba OUTPUT C lculo das saidas relativas alimenta o SLIM CONTAGENS Contadores e c lculo das pe as produzidas CARGA STATES Defini o da sequ ncia de carga de tubos CARGA OUTPUT C lculo da saidas relativas carga CONTROL CALC C lculo do controlador de corte inteligente LUAT STATES Defini o da sequ ncia de corte COURT OUTPUT C lculo das saidas relativas ao corte COURT Tabelas Tabela de valores de velocidades p tipo de material SLIM ENCODER Rotmnas de atendimento do encoder CONTROL AUT Rotinas de c lculo de valores ANEXO 2 Estrutura do programa A29 ANEXO 4 Fluxogramas da sequ ncia de cada modulo do programa Fluxogramas Armazem 0 Maquina 15 2 activada 2 IDL
119. pipes I INTRODUCTION Traditionally automatic cutting off machines of metal lic pipes or bars use a constant cutting velocity mode This mode of operation constant cutting velocity combined with different profiles of materials to be cut exposes the cutting saw to variable cutting forces Therefore the cutting off machine is usually set for the worst expected conditions otherwise excessive wear of the saw and machine will oc cur On one hand if the cutting velocity is too high the worn of the saw as well as the components of the machine are too high On the other hand if the cutting velocity is too slow the cutting time significantly increases reducing pro ductivity of the automatic cutting machine Further traditional cutting off machines require the ad justment of the position of a limit switch in order to auto matically detect when the cut of a piece has been com pleted In this work new control algorithms were developed and applied in order to optimize the cutting process by di minishing cutting times and maximizing duration of the saw and components of the machine Also a new method for automatic detection of the completion of the cutting of a piece was developed therefore neither the limit switch nor its adjustment are any longer necessary 1 0 7803 791 2 8 03 17 00 2003 IEEE ANEXO 1 Pipe Profile Cutting Direction Figl Pipe Cutting II DESCRIPTION In Figure 1 and Figure 2 r
120. pode se verificar a defini o das strings de liga o ao servidor OPC Estas entram num bloco de leitura do servidor OPC e de convers o de valores me timeout 10000 1324 float Al 1 4648 idisco 40 375 T1 1000 0 keraren ra UPL veloc Disco wait for updated value Lab k status os a eee ee aoe status ETE ARE abih ramDisco Alvidisca veloc vanco v2 A1 2 binarioCorte b binanoay be sign ve temperatura T1 t URL binario corte Libet temperatura temperaturaj URL binario avan o abc k mc p gt status n o E Pd do decisao sustenta trimestre rsrsrs E m Hillem i qu Rs emp status ETE Beene CONE EAC cava ae MECN ET LCE MeCN EEC ENE LCE CTE E Figura 36 Diagrama do bloco read OPC do programa de LabView Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 53 Os dados sao de seguida filtrados sendo de imediato apresentados nos indicadores e graficos O bloco read OPC respons vel por abrir a liga o ao servidor e pela convers o dos valores para as unidades respectivas Isso necess rio pois os valores exportados pelo aut mato s o retirados directamente dos registos dos DAC e dos ADC A exporta o dos valores j convertidos n o poss vel pois estes n o est o dispon veis no automato
121. pode se verificar que o material a retirar no tubo a completamente diferente da barra b apesar de terem a mesma forma exterior No caso da barra b a quantidade de material a retirar maior no centro Em tubos quadrados as diferen as na quantidade de material a retirar a cada momento s o ainda maiores Pode se verificar no tubo c que a quantidade de material a retirar muito maior no in cio e no fim pois a serra tem que vencer as paredes da esquerda e da direita Durante o restante espa o a serra ter apenas que retirar o material das paredes superior e inferior do tubo quadrado Isto implica uma grande varia o de for as na serra e na m quina Este problema pode por vezes ser resolvido bastando para isso efectuar o corte numa direc o mais favor vel Pode se verificar que no tubo Figura 1 d a quantidade de material a retirar se mant m constante durante quase todo o corte Se em algumas situa es poss vel equilibrar a quantidade de material a retirar durante o corte usando a orienta o da pe a a cortar noutras essa orienta o n o tem qualquer efeito Pode se concluir portanto que a parametriza o da velocidade de corte depende tamb m do formato e da espessura do tubo ou barra a cortar Sistema Inteligente para Auto parametriza o INTRODU O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 3 Tubo circular Barra circular Aha die ee aa a a Material removido
122. quase 002025 45 03 0 09 33 00 Corte do tubo conclu do e CORT S 0 CORTI Dis CORT MC A recuarap Disco Recua Corte do tub 0 09 33 02 A serra est a recuar o CORT _ Dis CORT MS Disco Recua Serra esta a 002032 A serra esta recuada CORT _ Dis CORT MS Disco recuado Serra esta r 000018 Verifica se ficou encravado num estado 002034 45 00 45 15 CORT S 0 CORT S 1 Estados do m dulo de co Estado de R Estado de E _5_ irte Estado a monitorizar o Estados do m dulo de corte Estado a monitorizar 255 06 EO CON M Sta Watch Dog do CORTE Equals EQ 000019 Exist ncia de avaria 002044 TIMO12 CORTTTI Watch Dog 45 00 CORTM CORT S 0 Estado deR 0 07 16 12 MOV 21 DIAG Em DIAG M En 0 entrada dee Enable do C 24 C digo de avaria do cort CORTM f ANEXO 5 MAIN Serrote Angular Maquisis CORT OUTPUTS A56 Serrote Angular Maquisis Corte Inteligente Programa 000020 Estado onde ocorreu a avaria 002053 17 08 46 01 MOV 21 CORT M_A ICORTS W 97 Ciclo de inici 24 C digo de avaria do cort CORTM le 46 02 MOV 21 CORT S W 08 Avancar par 24 C digo de avaria do cort CORTM IE 46 03 MOV 21 CORT S W 99 A recuar ap 24 C digo de avaria do cort CORTM le 000021 Contar o tempo de corte 002063 45 02 255 02 INC Ei CORTSO Pas DM183 Tempo de corte Avan ar par 1 0 second c CON
123. r correspondence Abstract Traditionally automatic cutting off machines of metallic pipes or bars use a constant cutting velocity mode This mode of operation constant cutting velocity combined with different profiles of materials to be cut exposes the cut ting saw to variable cutting forces Therefore the cutting off machine is usually set for the worst expected conditions oth erwise excessive wear of the saw and machine will occur Fur ther traditional cutting off machines require the adjustment of the position of a limit switch in order to automatically de tect when the cut of a piece has been completed The aim of this paper is to study the application of control algorithms to the process of cutting off metallic pipes or bars with variable profiles implemented in an industrial cutting off machine commercially available The presented algorithms concern real time cutting control and automatic detection of the cut ting end The algorithms are implemented in a low cost Pro grammable Logic Controller PLC allowing its use in indus trial applications without significant increase on machine cost All algorithms were developed having in mind safety issues relative to the operation of the cutting machine in order to prevent catastrophic failure Also all process related relevant parameters are monitored on a Personal Computer using OPC Object Linking and Embedding for Process Control Index Terms Intelligent Cutting off
124. rastar caso o esbarro activo n o se encontre em posi o Descer o esbarro activo antes do arraste Permitir at tr s esbarros Permitir subir caso seleccionado o esbarro durante o corte Parar o arraste sempre que o tubo atinja o esbarro ou chegue posi o pretendida via encoder Durante o arraste e antes do corte subir a aparadeira ap s algum tempo do in cio do arraste ou na detec o do in cio do tubo Durante o arraste e antes do corte subir de imediato a aparadeira caso algum esbarro seja atingido ou se v efectuar o ltimo corte da ltima pe a do tubo Activar o mordente do tubo logo que este atinja o esbarro activo ou o deslocamento pretendido e activar tamb m durante o corte Activar o mordente da rebarba caso a aparadeira se encontre em cima e o mordente do tubo esteja activado Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 37 e Durante o corte movimentar o separador de pe as para a posi o correcta e Permitir seleccionar a zona de descarga das pe as para cada tamanho e A rebarba cai sempre para a parte de tras da m quina e Descer a aparadeira apenas quando o disco recuou completamente e o separador de pe as se encontra na posi o correcta e Contar no tubo corrente o total de pe as cortadas e por tamanho e Calcular o tempo de corte e o tempo de ciclo e Contar as pe as totais cortadas e o n mero
125. retirando se alguns milimetros Deve se descontar mais para tubos pesados e menos para tubos leves Serrote Autom tico Maquisis A21 Manual de utilizagao N tee 7 E SISTEMAS AUTOM TICOS S A PRODUGaO PontiInicial Ponta Inicial Comprimento an Fi AUTOAAAN FM SAIR PEODUCAO gt Angulo F Sim Variavel EM F3 Wao Ang Ini d nana ie 1 ESQ FY SAIE RODUGAD gt Esbarro Fo Sim F3 Nao MOVEL SM F R DHE Iau Gc anita ile E EE Pecas Prod F2PecaProd L Fi AUTOAAAN FM SAIR PRODU O Br 1 BE a FAInFo FY SAIR Neste menu deve se introduzir o deslocamento para efectuar a ponta inicial Este valor deve medir se desde a c lula de presen a de tubo ate a serra acrescentando ainda o valor do comprimento da ponta que deseja aparar Se nao pretende aparar a ponta introduza o valor Zero Este menu definido se os cortes t m angulo vari vel ou fixo Caso seja vari vel necessario indicar se o ngulo na ponta inicial direita 0 ou esquerda 1 Neste menu a m quina informada se deve subir o esbarro durante o corte Este menu permite fazer o reset dos contadores F2 Limpa os contadores de pe as produzidas F3 Limpa os contadores de pe as no corrente tubo Neste menu pode se ver o resultado das parametriza es Assim pode se ver o total de pe as a produzir Tot o n mero de pe as produzidas Prod o n mero total de tubos necess rios para a produ o Tub
126. s o calculados usando os valores dos limites da serra e dos limites que se encontram guardados na tabela utilizando as seguintes f rmulas VaDACmin AZmin x Z x VsDACmin 15 Kca VaDACmax AZmax x Z o VsDACmax 16 ca AZminxAZmax xZx VsDACmed Kca VaDACmed O valor da velocidade de avan o calculado em fun o do avan o por dentes Az do n mero de dentes z e da velocidade de rota o da serra A constante converte todas as unidades de forma a obter o valor do DAC 3 3 4 Sequ ncia de corte Na sequ ncia de corte implementada a activa o do controlador de corte inteligente bem como a determina o do fim do corte A sequ ncia implementa o softstart para o corte e assim evita picos de bin rio no in cio do corte Estes picos podem ser verificados nas simula es efectuadas onde a sequ ncia de corte n o foi implementada Para a implementa o da detec o do fim do corte s o tamb m importantes todos os estados da sequ ncia do corte de forma a permitir calcularem os thresholds dinamicamente Isso necess rio pois o bin rio resistente do cabe ote altera se ao longo do tempo devido ao desgaste mec nico ou mesmo temperatura do leo de lubrifica o das engrenagens Sistema Inteligente para Auto parametriza o IMPLEMENTA O em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 46 No softstart a velocidade do motor da serra e do avan o sao colocadas no valor m dio
127. s is what this dissertation is actually about which is oriented to the study and to the implementation of an auto parameterization system in real time of the circular saw cutting off for metallic tubes The traditional shred cutting off machines for metallic tubes use a constant cutting off velocity This mode of operation combined with different tube profiles exposes the cutting saw to variable forces These variable forces contribute to a bad quality in the cutting off process and also to a greater saw worn out This way the parameterization is set in the worst cases which both occur in the saw and in the machine Using a control algorithm in order to adjust the cutting off velocity to the saw strain it is possible to get a more efficient and faster cutting off The proposed solution was based on the implementation of an intelligent cutting off system in an automatic cutting off machine controlled by an industrial programmable logic controller in order to obtain a system of immediate commerce A cutting off process monitor system has also been implemented using LabView and OPC Object Linking and Embedding for Process Control AGRADECIMENTOS O autor deseja manifestar o seu mais sincero agradecimento a todas as institui es e pessoas que com a sua valiosa colabora o contribuiram para que a realiza o deste trabalho fosse poss vel Ao Eng Barbosa Ferreira pela disponibilidade e por ter posto ao dispor r
128. saw and forward velocities can be seen With a reference torque of 120 Nm a maximum saw torque of 140 Nm is recorded were the saw velocity is saturated In this case the cutting time was of approximately of 14 2 seconds Thus a faster cut with a smaller maximum saw torque 1s obtained C PI controller cutting off Constant Velocity Cutting off time s Fig 11 Constant velocity cutting off circular profile tube Proportional controller cutting off ref 120 250 5 ee ee ee ey 150 IO ass reference e saw torque saw velocity forward velocity 75 15 time 5 Fig 12 Proportional controller cutting off ref 120N m In the Figure 13 the results of a PI controller with a torque reference of 120 Nm are shown The cutting time is about 13 3 seconds The controller can follow the refer ence even when the saw velocity saturates by increasing the forward velocity even more This adjustment is the result of the PI integral part of the controller ANEXO 1 ISIE2003 D Fuzzy controller cutting off With a fuzzy controller an implementation of a soft start is needed The results are very good because cutting time is reduced to 13 2 seconds E Simulation results In Table 2 the most relevant results of different simula tions are shown Depending on the type of controller one always get better results in close loop rather than in open loop Actually a reduction
129. serra CORT Q VelRotAngular UINT 99 Velocidade da rota o angular CORT S 00ldle BOOL 45 00 Estado de repouso CORT S 01CicloiNI BOOL 45 01 Ciclo de inicializa o CORT S 02Corte BOOL 45 02 Avan ar para Cortar CORT S 03Recuar BOOL 45 03 A recuar ap s um corte CORT S 15Emergencia BOOL 45 15 Estado de emerg ncia CORT S States UINT 45 Estados do m dulo de corte CORT _S_WDOICiclolN BOOL 46 01 Ciclo de inicializa o CORT S WDO2Corte BOOL 46 02 Avan ar para cortar CORT S WD03Recuar BOOL 46 03 A recuar ap s um corte CORT T TIMWDog BOOL TIMO12 Watch Dog do corte CORT T TIMWDogN NUMBER 012 Watch Dog do CORTE C0S45000 NUMBER 707 Cos 45 1000 DBG CORTE BOOL 81 00 Indica que esta a ser executado o debug do corte DIAG Emerg BOOL 0 07 Entrada de emerg ncia DIAG MaquinaActiv BOOL 1 14 Indica que a m quina est a funcionar bem DIAG MotorAjusteOK BOOL 0 14 Motor de ajuste OK DIAG MotorArrasteOk BOOL L13 Motor de arraste de tubos OK DIAG MotorAvOK BOOL 1 12 Motor de avan o do alimentador OK DIAG MotorCintasOK BOOL di Motor das Cintas do Armaz m OK DIAG MotorCorteOk BOOL 1 05 Motor do disco de serra OK DIAG MotorR efriOK BOOL 1 06 Motor de refrigera o OK DIAG MotorRotAngularOk BOOL 1 07 Motor da rota o angular DIAG PortaFechada BOOL 1 10 DIAG PressaoArOk BOOL 1 08 DIAG M Avaria BOOL 48 06 Avaria do mod diag DIAG M CodAvaria VINT 52 C digo de avaria do modulo de diagn stico DIAG M EnableALIM BOOL 16 10
130. sta pressionar na tecla F1 em qualquer menu e dar inicio ao ciclo na tecla F2 Se voltar a pressionar na tecla F2 o ciclo entra em finaliza o e efectua uma paragem segura O modo de funcionamento autom tico tem acesso ao menu de informa es bastando pressionar em F1 Ao pressionar a tecla F3 no menu de informa es tem se acesso ao menu de tempos de ciclo Neste menu pode se ver os tempos de ciclo bem como os tempos de corte do ciclo anterior e do actual No fim do processo apresentado o menu de produ o completo 7 3 1 CONTADORES No menu principal da m quina tem se acesso tamb m aos contadores gerais de pe as aos cortes da serra ao menu de tempos e a informa es Para isso basta pressionar a tecla F2 ou F3 SERROTE EE ANGULAR AUTOMATICO Corte Inteligente A0 E MANUAL INICI DESCER FALNF a FECICLO F3ARHAZEH INICI DESCER FALNF a FELICLO FAaARHAZEH Melo 0020 D borte aib ibeseg F4 SAIR AUTOMATICO JERES FREODUCAO CONG Tim Froduzidas DESCER FaARHAZEN FH AIR Fi AUTOAAAN COMTADORES Gr Total unionooPos T Gortes AA St F4 SAIR Fi AUTOZHAN Na parametriza o inserido o n mero de pe as que se pretende cortar Quando o total de pe as for atingido ser necess rio proceder se ao reset dos contadores Este reset n o afectar o contador geral de pe as ANEXO 2 Serrote Autom tico Maquisis Manual de utiliza o A24 8 M
131. t do DAC do avan o C AVdir INT DM160 Avan o em mm da serra ngulo direito C AVesq INT DM159 Avan o em mm da serra ngulo esquerdo C AvTicksD INT DM162 N mero de ticks para o avan o direito C AvTicksE INT DM161 N mero de ticks para o avan o esquerdo C BinErro INT DM164 Diferen a para o bin rio nominal C BinRef INT DM174 Valor de refer ncia em bin rio C BinRefBCD UINT BCD DM173 Valor de referencia em BCD C BinSerra INT DM163 Bin rio da Serra Filtrado C BinSerraF INT DM169 Frac o do bin rio da serra C BinSerralniControlo INT DM171 Valor para o qual inicia o controlo C BinSerralniRecuo INT DM172 Valor para o qual inicia o controlo C_PerfilTX UINT DM157 Tamanho em X do perfil C_PerfilTY UINT DM158 Tamanho em Y do perfil C_PMateriais UDINT DM198 Apontador para a tabela de materiais DM200 DM225 C SDACMAX INT DM152 Serra Valor m ximo do DAC C SDACMED INT DM151 Serra Valor m dio do DAC C SDACMIN INT DM150 Serra Valor m nimo do DAC C SerraAjust INT DM165 Ajuste na velocidade da serra C SerraOutput INT DM167 Valor de Output do DAC da serra C SerraRaio UINT DM156 Raio da Serra C_SerraRaioBCD VINT BCD DM156 Raio do disco da serra CARG S 00ldle BOOL 83 00 Estado parado CARG S 01TuboNaLinha BOOL 83 01 Tubo na linha e em frente da c lula CARG S 02TiraDoArmaz m BOOL 83 02 Sobe alavanca CARG S 03PoemNaaArrastadeira BOOL 83 03 P em o tubo na arrastadeira CARG S 15Emerg ncia BOOL 83 15 Emerg ncia CARG S Sta
132. te 2002 2 K Astrom B Wittenmark Computer Controlled Systems Theory and Design Prentice Hall ISBN 0 13 172784 2 1990 3 J S R Jang C T Sun E Mizutani Neuro Fuzzy And Soft Computing A computational approach to learning and machine intelligence Prentice Hall Inc ISBN 0 13 261066 3 1997 4 G Franklin J Powell M Workman Digital Control of Dynamic Systems Addison Wesley ISBN 0 201 33153 5 1997 5 A Cavallo R Setola F Vasca Using Matlab Simulink and controlsystem toolbox A practical approach Prentice Hall Europe UK 1996 6 MATLAB High performance Numeric Computation and Visualization Software Reference Guide The Math Works Inc April 1993 7 SIMULINK The dynamic system simulation software user s guide MathWorks Inc April 1993 8 A F Potvin Nonlinear control design toolbox The Math Works Inc 1993 9 Milton C Shaw Metal Cutting Principles Oxford University Press ISBN 0 19 859002 4 1984 Sistema Inteligente para Auto parametrizacao BLIBLIOGRAFIA em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 63 ANEXOS ANEXO 1 Artigo apresentado na confer ncia ISIE2003 Intelligent Cutting off of Pipes and Bars Carlos MACHADO Jos MENDES and Jaime FONSECA 12 3 Dept of Industrial Electronics University of Minho Portugal Phone 351253510190 Fax 351253510189 e mail carlos machado jose mendes jaime fonseca dei uminho pt Addressee fo
133. teligente conseguiu diminuir o tempo de corte e o desgaste da serra obtendo se assim uma maior produtividade da m quina autom tica de corte comparativamente com as m quinas de corte autom tico tradicionais O trabalho realizado permitiu optimizar o processo de corte de uma m quina autom tica de corte de tubos e barras met licas com serra circular Contudo a metodologia pode ser aplic vel a qualquer m quina que utilize o corte por arranque de apara pois o princ pio de funcionamento o mesmo isto o bin rio que a serra apresenta proporcional ao esfor o sendo este ajust vel em fun o da velocidade de corte Com esta metodologia apenas necess rio indicar o tipo de material a cortar e a tipo de serra sendo automaticamente escolhidas as velocidades de corte Durante o processo de corte as velocidades de corte sofrem ajustes autom ticos em fun o do esfor o que a serra apresenta Desta forma o operador da m quina n o efectua ajustes subjectivos na velocidade de corte pois esta adapta se automaticamente as condi es ideais de corte Nas m quinas tradicionais o operador teria que definir o valor das velocidades de corte tamb m em fun o do formato do perfil e para as piores condi es de bin rio que a serra apresenta pois o corte efectuar se ia a uma velocidade constante Tirando partido da informa o de bin rio da serra foi poss vel eliminar o ajuste do limitador de avan o determinando o fim
134. tes UINT 83 Estados da carga COM TempoArrasteSemTubo UINT BCD DM187 Tempo de arraste sem tubo CON BotaoDoArmaz m BOOL 1 01 Bot o para descer armaz m CON_M_ActivarTrac o BOOL 32 00 Activa o manual que faz descer a trac o do arraste CON_M_ActMotorAvan o BOOL 48 00 Manual activa o motor do avan o CON M ActMotorR efr BOOL 48 01 Manual activa o motor de refrigera o CON M ActMotorSerra BOOL 48 02 Manual activa o motor da serra CON M ActrMordenteRebar BOOL 32 01 Activa o manual que activa o mordente da rebarba CON M ActrMordenteTubo BOOL 32 02 Activa o manual que activa o mordente do tubo CON M Anglnicial UINT BCD DM402 Angulo inicial CON M AnguloC orteDir UINT BCD DM116 Angulo de corte direita CON M AnguloCorteEsq UINT BCD DM117 Angulo de corte esquerda CON M ngulolnicial BOOL HR10 07 ngulo no corte Inicial 0 Direita 1 Esquerda CON M nguloVariavel BOOL HR10 00 ngulo de corte vari vel ou fixo CON M Arrastar BOOL 32 04 Activa o manual para arrastar o tubo Vel lenta CON M AutoManual BOOL 17 03 Modo autom tico manual CON M Avan arAliment BOOL 17 07 Avancar alimentador no modo manual CON M BotaoArmDescer BOOL 17 13 Ordem para descer CON M Bot oArmDescerParado BOOL 17 12 Parado depois de descer CON M Bot oArmS ubir BOOL 17 10 Ordem para subir CON M BotaoArmS ubirP arado BOOL 17 11 Parado depois de subir CON M Bot oDifU p BOOL 17 14 Indica que o bot o foi carregado CON M Bot oSubirDescer BOOL 17 15
135. tido somando se posteriormente o bin rio de atrito da parte mec nica do cabe ote da serra De seguida calculado o valor do erro em rela o refer ncia de bin rio pretendida Esse valor entra no bloco do controlador Na sua sa da temos o ajuste de velocidade que sofre uma convers o que deve ser mais amplificada na velocidade da serra do que na velocidade de avan o Isto garante uma altera o real do bin rio de corte Caso as duas velocidades fossem alteradas de igual modo o bin rio da serra teoricamente n o sofreria altera es De seguida os ajustes s o somados com as velocidades velocidade de avan o e velocidade da serra que contem os valores m dios para as condi es de corte Antes das velocidades entrarem no modelo de corte passam por um bloco limitador o qual garante que as velocidades tenham sempre valores dentro da toler ncia para o corte a efectuar Os valores dos limites do bloco de satura o s o calculados ao mesmo tempo que definido o valor m dio das velocidades e a refer ncia de bin rio 2 3 Simula es As simula es t m como objectivo a verifica o do desempenho de v rios m todos de controlo Este desempenho tanto melhor quanto menor for o tempo de corte e menor for o bin rio m ximo atingido durante o processo de corte Por vezes a serra e a m quina sofrem maior desgaste caso o bin rio seja superior ao valor nominal Sistema Inteligente para Auto parametriza o M
136. ura o do actuador Este problema ainda maior se a grandeza a controlar inicia uma altera o r pida ap s um longo per odo de satura o como por exemplo no fim do corte Este problema bem evidente na Figura 13 Sistema Inteligente para Auto parametriza o MODELOS E CONTROLADORES em Tempo Real de Serra Circular para Corte de Tubos Met licos 20 Na Figura 13 a refer ncia passou para 150 Nm De in cio o controlador Pl come ou a compensar o erro mas logo de seguida tanto a velocidade da serra como posteriori a velocidade de avan o saturaram O erro manteve se durante alguns segundos e quando o corte se encontra na parte final o controlador n o foi capaz de reduzir as velocidades provocando um pico de bin rio na serra que chega a 300 Nm O tempo de corte na simula o foi de 9 52 segundos mas caso este teste fosse efectuado na m quina real teria tido consequ ncias graves podendo mesmo n o terminar o corte devido quebra da serra de disco Corte com Controlador PI ref 150 velocidade rpm mm min bin rio Nm refer ncia Nm bin rio da serra Nm velocidade da serra rpm 1 Velocidade de avan o mm min 5 tempo s Figura 13 Corte de tubo circular usando controlador PI ref 150 Se for retirada a limita o de velocidade de avan o o problema desaparece tal como se pode verificar na Figura 14 Na Figura 14 o corte efectuado em 8 32 segundos devido

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